Коэффициент теплопроводности чем больше тем лучше: Чем выше показатель теплопроводности, тем лучше или хуже утеплитель?

Содержание

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Любое строительство независимо от его размера всегда начинается с разработки проекта. Его цель – спроектировать не только внешний вид будущего строения, еще и просчитать основные теплотехнические характеристики. Ведь основной задачей строительства считается сооружение прочных, долговечных зданий, способных поддерживать здоровый и комфортный микроклимат, без лишних затрат на отопление. Несомненную помощь при выборе сырья, используемого для возведения постройки, окажет таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты.

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится. Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.

Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Применение показателя теплопроводности на практике

В строительстве все материалы условно подразделяются на теплоизоляционные и конструкционные. Конструкционное сырье отличается наибольшими показателями теплопроводности, но именно его применяют для постройки стен, перекрытий, прочих ограждений. Согласно таблице теплопроводности строительных материалов, при возведении стен из железобетона, для низкого теплообмена с окружающей средой толщина конструкции должна быть около 6 метров. В таком случае строение получится огромным, громоздким и потребует немалых затрат.

Наглядный пример — при какой толщине различных материалов их коэффициент теплопроводности будет одинаковым

Поэтому при возведении постройки следует отдельное внимание уделять дополнительным теплоизолирующим материалам. Слой теплоизоляции может не понадобиться только для построек из дерева или пенобетона, но даже при использовании подобного низкопроводного сырья толщина конструкции должна быть не менее 50 см.

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

стены – 30%;
крышу – 30%;
двери и окна – 20%;
полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

В этой таблице собраны показатели теплопроводности самых распространенных строительных материалов. Пользуясь подобными справочниками, можно без проблем рассчитать необходимую толщину стен и применяемого утеплителя.

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ

Загрузка. ..

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Теплопроводность чем меньше тем лучше

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. В сравнении тепловых цепей с электрическими это аналог проводимости.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К). В системе СИ единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K).

Сравнить теплоизоляцию стеновых материалов можно исходя из нескольких основополагающих характеристик.

Основные характеристики теплоизоляционных материалов

Теплопроводность. Чем ниже теплопроводность, тем меньше требуется утеплительный слой, а значит, и ваши расходы на утепление сократятся.

Влагопроницаемость. Меньшая влагопроницаемость снижает негативное воздействие влаги на утеплитель при последующей эксплуатации.

Пожаробезопасность. Материал не должен поддерживать горение и выделять ядовитые пары, а иметь свойство к самозатуханию.

Экономичность. Утеплитель должен быть доступным по стоимости для широкого слоя потребителей.

Долговечность. Чем больше срок использования утеплителя, тем он дешевле обходится потребителю при эксплуатации и не требует частой замены или ремонта.

Экологичность. Материал для теплоизоляции должен быть экологически чистым, безопасным для здоровья человека и окружающей природы. Эта характеристика важна для жилых помещений.

Толщина материала. Чем тоньше утеплитель, тем меньше будет «съедаться» жилое пространство помещения.

Вес материала. Меньший вес утеплителя даст меньшее утяжеление утепляемой конструкции после монтажа.

Звукоизоляция. Чем выше звукоизоляция, тем лучше защита жилых помещений от шума со стороны улицы.

Простота монтажа. Момент достаточно важен для любителей делать ремонт в доме своими руками.

Сравнение характеристик популярных утеплителей

Пенопласт (пенополистирол)

Этот утеплитель самый популярный, благодаря легкости монтажу и небольшой стоимости.

Пенопласт изготавливается при помощи вспенивания полистирола, имеет очень низкую теплопроводность, устойчив к влажности, легко режется ножом и удобен во время монтажа. Благодаря низкой стоимости имеет большую востребованность для утепления различных помещений. Однако материал достаточно хрупкий, а также поддерживает горение, выделяя токсичные вещества в атмосферу. Пенопласт предпочтительнее использовать в нежилых помещениях.

Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)

Утеплитель не подвергается гниению и воздействию влаги, очень прочный и удобный в использовании – легко режется ножом. Низкое водопоглощение обеспечивает незначительные изменения теплопроводности материала в условиях высокой влажности, плиты имеют высокую сопротивляемость сжатию, не подвергаются разложению. Благодаря этому экструдированный пенополистирол можно использовать для утепления ленточного фундамента и отмостки. Пеноплекс пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.

Базальтовая вата

Материал производится из базальтовых горных пород при расплавлении и раздуве с добавлением компонентов для получения волокнистой структуры материала с водоотталкивающими свойствами. При эксплуатации базальтовая вата не уплотняется, а значит, ее свойства не изменяются со временем. Материал пожаробезопасен и экологичен, имеет хорошие показатели звукоизоляции и теплоизоляции. Используется для внутреннего и наружного утепления. Во влажных помещениях требует дополнительной пароизоляции.

Минеральная вата

Минвата производится из природных материалов – горных пород, шлака, доломита с помощью специальной технологии. Минеральная имеет низкую теплопроводность, пожаробезопасна и абсолютно безопасна. Одним из недостатков утеплителя является низкая влагостойкость, что требует обустройства дополнительной влаго- пароизоляции при его использовании. Материал не рекомендуется использовать для утепления подвалов домов и фундаментов, а также во влажных помещениях — парилках, банях, предбанниках.

Пенофол, изолон (фольгированный теплоизолятор из полиэтилена)

Утеплитель состоит из нескольких слоев вспененного полиэтилена, имеющих различную толщину и пористую структуру. Материал часто имеет слой фольги для отражающего эффекта, выпускается в рулонах и в листах. Утеплитель имеет толщину в несколько миллиметров (в 10 раз тоньше обычных утеплителей), но отражает до 97% тепловой энергии, очень легкий, тонкий и удобный в работе материал. Используются для теплоизоляции и гидроизоляции помещений. Имеет длительный срок эксплуатации, не выделяет вредных веществ.

Первая из них – коэффициент теплопроводности, который обозначается символом «лямбда» (ι). Этот коэффициент показывает, какой объем теплоты за 1 час проходит через отрезок материала толщиной 1 метр и площадью 1 м² при условии, что разница между температурами среды на обеих поверхностях составляет 10°С.

Чувствительность к влаге

Влажность – это объем влаги, которая содержится в теплоизоляции. Вода отлично проводит тепло, и насыщенная ею поверхность будет способствовать выхолаживанию помещения. Следовательно, переувлажненный теплоизоляционный материал потеряет свои качества и не даст желаемого эффекта. И наоборот: чем большими водоотталкивающими свойствами он обладает, тем лучше.

Паропроницаемость – параметр, близкий к влажности. В числовом выражении он представляет собой объем водяного пара, проходящий через 1 м2 утеплителя за 1 час при соблюдении условия, что разность потенциального давления пара составляет 1Па, а температура среды одинакова.

При высокой паропроницаемости материал может увлажняться. В связи с этим при утеплении стен и перекрытий дома рекомендуется выполнить монтаж пароизоляционного покрытия.

Водопоглощение – способность изделия при соприкосновении с жидкостью впитывать ее. Коэффициент водопоглощения очень важен для материалов, которые используются для обустройства наружной теплоизоляции. Повышенная влажность воздуха, атмосферные осадки и роса могут привести к ухудшению характеристик материала.

Также не рекомендуется применять водопоглощающую изоляцию при отделке ванных комнат, санузлов, кухонь и других помещений с высоким уровнем влажности.

Плотность и теплоемкость

Пористость – выраженное в процентах количество воздушных пор от общего объема изделия. Различают поры закрытые и открытые, крупные и мелкие. Важно, чтобы в структуре материала они были распределены равномерно: это свидетельствует о качестве продукции. Пористость иногда может достигать 50%, в случае с некоторыми видами ячеистых пластмасс этот показатель составляет 90-98%.

Плотность – это одна из характеристик, влияющих на массу материала. Специальная таблица поможет определить оба этих параметра. Зная плотность, можно рассчитать, насколько увеличится нагрузка на стены дома или его перекрытия.

Теплоемкость – показатель, демонстрирующий, какое количество тепла готова аккумулировать теплоизоляция. Биостойкость – способность материала сопротивляться воздействию биологических факторов, например, патогенной флоры. Огнестойкость – противодействие изоляции огню, при этом данный параметр не стоит путать с пожаробезопасностью. Различают и другие характеристики, к которым относятся прочность, выносливость на изгиб, морозостойкость, износоустойчивость.

Коэффициент сопротивления

Также при выполнении расчетов нужно знать коэффициент U – сопротивление конструкций теплопередаче. Этот показатель не имеет никакого отношения к качествам самих материалов, но его нужно знать, чтобы сделать правильный выбор среди разнообразных утеплителей. Коэффициент U представляет собой отношение разности температур с двух сторон изоляции к объему проходящего через нее теплового потока. Чтобы найти теплосопротивление стен и перекрытий, нужна таблица, где рассчитана теплопроводность строительных материалов.

Произвести необходимые вычисления можно и самостоятельно. Для этого толщину слоя материала делят на коэффициент его теплопроводности. Последний параметр — если речь идет об изоляции — должен быть указан на упаковке материала. В случае с элементами конструкции дома все немного сложнее: хотя их толщину можно измерить самостоятельно, коэффициент теплопроводности бетона, дерева или кирпича придется искать в специализированных пособиях.

При этом часто для изоляции стен, потолка и пола в одном помещении используются материалы разного типа, поскольку для каждой плоскости коэффициент теплопроводности нужно рассчитывать отдельно.

Теплопроводность основных видов утеплителей

Исходя из коэффициента U, можно выбрать, какой из видов теплоизоляции лучше использовать, и какую толщину должен иметь слой материала. Расположенная ниже таблица содержит сведения о плотности, паропроницаемости и теплопроводности популярных утеплителей:

Преимущества и недостатки различной теплоизоляции

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

Сравнение самых современных вариантов

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

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

Сравнение ватных материалов

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

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

Сыпучие и органические материалы

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

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

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

Теплоизоляция необходима в любом помещении, где температура в какое-либо время года не должна быть равной температуре окружающей среды.

Оптимальная температура в помещении достигается с помощью работы обогревательных или охлаждающих устройств.

Чтобы искусственно настроенная температура внутри здания не изменялась из-за диффузии неодинаково нагретых частей внутри и снаружи здания, используют строительные материалы с наименьшим коэффициентом теплопроводности.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — физическое свойство тела (тел) обменивать внутреннюю энергию с помощью диффузии атомов и молекул, которые хаотически перемещаются от более нагретых частей к более холодным.

Атомы и молекулы двигаются в хаотичном порядке до тех пор, пока температура по всему занимаемому объёму не выровняется.

Чем больше теплопроводность вещества, тем быстрее сквозь него передаётся более высокая или более низкая температура.

Теплопроводность определяется количеством теплоты в Дж, которая, при разнице температур в противоположно расположенных параллельных плоскостях в 1 К, проходит через 1 м² за 1 ч.

Коэффициент теплопроводности выражают в Вт/м*К.

Роль коэффициента теплопроводности при принятии архитектурно-строительного решения

Теплопроводность твёрдых тел, каковыми являются все строительные материалы, проявляется за счёт переноса тепла, происходящего в результате колебаний кристаллической решётки.

Большая теплопроводность строительного материала недопустима для возведения архитектурных сооружений. Чем больше теплопроводность, тем меньше теплоизоляционные качества материала, необходимые для поддержания в помещении температуры, отличной от температуры окружающей среды.

Строительные материалы с низкой теплопроводностью помогают сохранить достигнутый градус в помещении вне зависимости от погодных условий, благодаря минимальному поддержанию диффузии между разными по температуре частицами.

Чем меньше коэффициент теплопроводности материала, тем лучше его теплоизоляционные качества.

Хорошая теплоизоляция избавит от сквозняков, холодных стен, быстрого остывания, промерзания или нагрева помещения, позволит существенно сэкономить на устройствах обогрева или охлаждения.

Или почитайте ЗДЕСЬ об установке пластиковых окон своими руками.

Конструкционные материалы и их теплопроводность

Теплопроводность вещества зависит от его плотности. Чем больше плотность вещества, тем выше теплопроводность. С увеличением пористости понижается ее коэффициент.

Низкий коэффициент теплопроводности материала определяет его хорошие теплоизоляционные качества.

Бетон

Плотность: 500 кг/м³–2 500 кг/м³. Показатель зависит от состава смеси.
Теплопроводность: 1,28–1,51 Вт/м*К. Показатель меняется в зависимости от консистенции бетона.

Бетонная смесь используется для заливки монолитного фундамента, а бетонные блоки – для закладки фундамента и возведения стен.

Железобетон

Плотность: 2 500 кг/м3; бетонная смесь без вибрирования (применения глубинного вибратора) – 2 400 кг/м3.
Теплопроводность: 1,69 Вт/м*К.

Лёгкий бетон на пористых заполнителях называют ячеистым бетоном.

Используют в качестве конструкционного и теплоизоляционного материала. Самые распространённые строительные материалы из бетона на пористых заполнителях — газобетон, пенобетон, керамзитобетон.

Данные материалы применяются для возведения многоэтажных, частных домов и для дополнительных пристроек: бань, гаражей, сараев.

Керамзитобетон

Полнотелые керамзитобетонные блоки производятся с помощью вибропрессования. Не имеют пустот и отверстий. Часто используются для кладки несущих стен или закладки фундамента.

Пустотелые керамзитобетонные блоки делают с применением специальных форм, позволяющих при заливке смеси сформировать герметичные или сквозные пустоты.

Обладают меньшей прочностью по сравнению с полнотелыми керамзитобетонными блоками. Имеют меньшую теплопроводность, что делает их оптимальным материалом для возведения нетяжёлых конструкций с требуемой высокой теплоизоляцией.

Плотность: 500 кг/м³–1 800 кг/м³.
Теплопроводность: 0,14–0,66 Вт/м*К.

Газобетон

Изготавливается из газосиликата. С помощью специализированных газообразователей внутри блока формируют приблизительно сферические поры (пустоты), их диаметр 1–3 мм.

Плотность: 300–800 кг/м3. Зависит от количества и размера пустот.
Теплопроводность: 0,1–0,3 Вт/м*К.

Пенобетон

Изготавливается с применением пенообразующих добавок. Имеет пористую структуру.

Плотность: 600–1 000 кг/м3.
Теплопроводность: 0,1–0,38 Вт/м*К.

Саманный кирпич

Изготавливается из глины и наполнителя.

Плотность: 500 кг/м³–1 900 кг/м³;
Теплопроводность: 0,1–0,4 Вт/м*К.

Керамический кирпич

Изготавливается из обожжённой глины.

Плотность: полнотелый – 1 600 кг/м³–1 900 кг/м³; пустотелый – 1 100 кг/м³–1 400 кг/м³;
Теплопроводность: полнотелый – 0,56–0,86 Вт/м*К; пустотелый–0,35–0,41 Вт/м*К.

Силикатный кирпич

Изготавливается из песка и извести.

Плотность: 1 100 кг/м³–1 900 кг/м³;
Теплопроводность: 0,81–0,87 Вт/м*К.

Дерево

Плотность: 150 кг/м³–2 100 кг/м³;
Теплопроводность: 0,2–0,23 Вт/м*К.

Строительные конструкционные материалы, даже с низкой теплопроводностью, нуждаются в дополнительном утеплении.

Или почитайте ЗДЕСЬ о несъемной опалубке из пенополистирола.

Утеплители и их теплопроводность

Используются для утепления фундамента, пола, стен здания внутри и снаружи, потолка и крыши.

Пенопласт

Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
Теплопроводность: 0,31–0,33 Вт/м*К.

Пенополистирол

Плотность: 15 кг/м³–50 кг/м³;
Теплопроводность: 0,028–0,035 Вт/м*К.

Минеральная вата

Минеральная вата имеет способность впитывать влагу. Вода легко накапливается, но очень долго испаряется из данного звуко- и теплоизоляционного материала.

Если минвата перенасытится влагой, то потеряет свои основные изоляционные свойства. Чтобы не допустить впитывание влаги, минвату с двух сторон герметично закупоривают слоем гидроизоляции.

Стекловата

Плотность: 15 кг/м³–45 кг/м³;
Теплопроводность: 0,038–0,046 Вт/м*К.

Базальтовая (каменная) вата

Плотность: 30 кг/м³–200 кг/м³;
Теплопроводность: 0,035–0,042 Вт/м*К.

Эковата

Плотность: 30 кг/м³–110 кг/м³;
Теплопроводность: 0,032–0,041 Вт/м*К.

Сравнительные характеристики теплопроводности конструкционных строительных материалов и утеплителей необходимо проанализировать, выбрав для постройки или дополнительной теплоизоляции самый подходящий материал.

Видео о характеристиках теплоизоляционных материалов

Теплопроводность строительных материалов — таблица утеплителей, сравнение

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Основные характеристики утеплителей

Соотношение качества утеплителя, в зависимости от его толщины
При выборе утеплителей нужно обращать внимание на разные факторы: тип сооружения, наличие воздействия высоких температур, открытого огня, характерный уровень влажности. Только после определения условий использования, а также уровня теплопроводности применяемых материалов для сооружения определенной части конструкции, нужно смотреть на характеристики конкретного утеплителя:

Теплопроводность. От этого показателя напрямую зависит качество проведенного утеплительного процесса, а также необходимое количество материала для обеспечения желаемого результата. Чем ниже теплопроводность, тем эффективнее использование утеплителя.
Влагопоглощение. Показатель особо важен при утеплении внешних частей конструкции, на которые может периодически воздействовать влага. К примеру, при утеплении фундамента в грунтах с высокими водами или повышенным уровнем содержания воды в своей структуре.
Толщина. Применение тонких утеплителей позволяет сохранить внутреннее пространство жилого сооружения, а также напрямую влияет на качество утепления.
Горючесть. Это свойство материалов особенно важно при использовании для понижения теплопроводной способности наземных частей сооружения жилых домов, а также зданий специального назначения. Качественная продукция отличается способностью к самозатуханию, не выделяет при воспламенении ядовитых веществ.
Термоустойчивость. Материал должен выдерживать критические температуры. К примеру, низкие температуры при наружном использовании.
Экологичность. Нужно прибегать к использованию материалов безопасных для человека. Требования к этому фактору может изменяться в зависимости от будущего назначения сооружения.
Звукоизоляция. Это дополнительное свойство утеплителей в некоторых ситуациях позволяет добиться хорошего уровня защиты помещения от шума, а также посторонних звуков.

Когда используется при сооружении определенной части конструкции материал с низкой теплопроводностью, то можно покупать самый дешевый утеплитель (если это позволят предварительные расчеты).
Важность конкретной характеристики напрямую зависит от условий использования и выделенного бюджета.

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Монтаж и эффективность в эксплуатации

Монтаж ППУ – быстро и легко.

Сравнение характеристик утеплителей должно осуществляться с учетом монтажа, ведь это тоже важно. Легче всего работать с жидкой теплоизоляцией, такой как ППУ и пеноизол, но для этого требуется специальное оборудование. Также не составляет труда укладка эковаты (целлюлозы) на горизонтальные поверхности, например, при или чердачного перекрытия. Для напыления эковаты на стены мокрым методом также нужны специальные приспособления.

Пенопласт укладывается как по обрешетке, так и сразу на рабочую поверхность. В принципе, это касается и плит из каменной ваты. Причем укладывать плитные утеплители можно и на вертикальные, и на горизонтальные поверхности (под стяжку в том числе). Мягкую стекловату в рулонах укладывают только по обрешетке.

В процессе эксплуатации теплоизоляционный слой может претерпевать некоторых нежелательных изменений:

напитать влагу;
дать усадку;
стать домом для мышей;
разрушиться от воздействия ИК лучей, воды, растворителей и прочее.

Кроме всего вышеуказанного, важное значение имеет пожаробезопасность теплоизоляции. Сравнение утеплителей, таблица группы горючести:

Применение показателя теплопроводности на практике

Сравнение с помощью таблицы

N	Наименование	Плотность	Теппопроводность		Цена , евро за куб.м.		Затраты энергии на
кг/куб.м	мин	макс	Евросоюз	Россия	квт*ч/куб. м.
1	целлюлозная вата	30-70	0,038	0,045	48-96	15-30	6
2	древесноволокнистая плита	150-230	0,039	0,052	150	800-1400
3	древесное волокно	30-50	0,037	0,05	200-250	13-50
4	киты из льняного волокна	30	0,037	0,04	150-200	210	30
5	пеностекло	100-150	0.05	0,07	135-168	1600
6	перлит	100-150	0,05	0.062	200-400	25-30	230
7	пробка	100-250	0,039	0,05	300	80
8	конопля, пенька	35-40	0,04	0.041	150	55
9	хлопковая вата	25-30	0,04	0,041	200	50
10	овечья шерсть	15-35	0,035	0,045	150	55
11	утиный пух	25-35	0,035	0,045	150-200
12	солома	300-400	0,08	0,12	165
13	минеральная (каменная) вата	20-80	0. 038	0,047	50-100	30-50	150-180
14	стекповопокнистая вата	15-65	0,035	0,05	50-100	28-45	180-250
15	пенополистирол (безпрессовый)	15-30	0.035	0.047	50	28-75	450
16	пенополистирол экструзионный	25-40	0,035	0,042	188	75-90	850
17	пенополиуретан	27-35	0,03	0,035	250	220-350	1100

Показатель теплопроводных свойств является основным критерием при выборе утеплительного материала. Остается только сравнить ценовые политики разных поставщиков и определить необходимое количество.

Утеплитель – один из основных способов получить сооружение с необходимой энергоэффективностью. Перед его окончательным выбором точно определите условия использования и, вооружившись приведенной таблицей, совершите правильный выбор.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

стены – 30%;

крышу – 30%;

двери и окна – 20%;

полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.

Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Сравнение паропроницаемости утеплителей

Высокая паропроницаемость=отсутствие конденсата.

Паропроницаемость – это способность материала пропускать воздух, а вместе с ним и пар. То есть теплоизоляция может дышать. На этой характеристике утеплителей для дома последнее время производители акцентируют много внимания. На самом деле высокая паропроницаемость нужна только при . Во всех остальных случаях данный критерий не является категорически важным.

Характеристики утеплителей по паропроницаемости, таблица:

Сравнение утеплителей для стен показало, что самой высокой степенью паропроницаемости обладают натуральные материалы, в то время как у полимерных утеплителей коэффициент крайне низок. Это свидетельствует о том, что такие материалы как ППУ и пенопласт обладают способностью задерживать пар, то есть выполняют . Пеноизол – это тоже своего рода полимер, который изготавливается из смол. Его отличие от ППУ и пенопласта заключается в структуре ячеек, которые открытие. Иными словами, это материал с открытоячеистой структурой. Способность теплоизоляции пропускать пар тесно связан со следующей характеристикой – поглощение влаги.

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Обзор гигроскопичности теплоизоляции

Высокая гигроскопичность – это недостаток, который нужно устранять.

Гигроскопичность – способность материала впитывать влагу, измеряется в процентах от собственного веса утеплителя. Гигроскопичность можно назвать слабой стороной теплоизоляции и чем выше это значение, тем серьезнее потребуются меры для ее нейтрализации. Дело в том, что вода, попадая в структуру материала, снижает эффективность утеплителя. Сравнение гигроскопичности самых распространенных теплоизоляционных материалов в гражданской строительстве:

Сравнение гигроскопичности утеплителей для дома показало высокое влагопоглощение пеноизола, при этом данная теплоизоляция обладает способностью распределять и выводить влагу. Благодаря этому, даже намокнув на 30%, коэффициент теплопроводности не уменьшается. Несмотря на то, что у минеральной ваты процент поглощения влаги низкий, она особенно нуждается в защите. Напитав воды, она удерживает ее, не давая выходить наружу. При этом способность предотвращать теплопотери катастрофически снижается.

Чтобы исключить попадание влаги в минвату используют пароизоляционные пленки и диффузионные мембраны. В основном полимеры устойчивы к длительному воздействию влаги, за исключением обычного пенополистирола, он быстро разрушается. В любом случае вода ни одному теплоизоляционному материалу на пользу не пошла, поэтому крайне важно исключить или минимизировать их контакт.

Разновидности и описание

На выбор потребителей предлагаются материалы с различными механическими свойствами.

От этого во многом зависит удобство монтажа и свойства. По данному показателю различают:

Пеноблоки
. Изготавливаются из бетона со специальными добавками. В результате химической реакции структура получается пористой.
Плиты.
Строительный материал различной толщины и плотности изготавливается при помощи прессования или склеивания.
Вата.
Продается в рулонах и характеризуется волокнистой структурой.
Гранулы (крошка).
с пеновеществами различной фракции.

Важно знать:

подбор материала осуществляется с учетом свойств, стоимости и предназначения. Применение одинакового утеплителя для стен и чердачного перекрытия не позволит получить желаемый эффект, если не указано, что он предназначен для конкретной поверхности.

Сырьем для утеплителей могут выступать различные вещества. Они все делятся на две категории:

органические на основе торфа, камыша, древесины;
неорганические — изготавливаются из вспененного бетона, минералов, асбестосодержащих веществ и др.

Особенности применения

Прежде чем определиться с материалами для отделки частного дома или квартиры, необходимо правильно рассчитать толщину слоя конкретного утеплителя.

Для горизонтальных поверхностей (пол, потолок) можно использовать практически любой материал. Применение дополнительного слоя с высокой механической прочностью обязательно.
Цокольные перекрытия рекомендуется утеплять стройматериалами с низкой гигроскопичностью. Повышенная влажность должна быть учтена.
В противном случае утеплитель под воздействием влаги частично или полностью потеряет свойства.
Для вертикальных поверхностей (стены) необходимо использовать материалы плитно-листового типа. Насыпные или рулонные со временем будут проседать, поэтому необходимо тщательно продумать способ крепежа.

Если задумано индивидуальное строительство

При возведении дома важно учитывать технические характеристики всех составляющих (материала для стен, кладочного раствора, будущего утепления, гидроизоляционных и пароотводящих плёнок, финишной отделки).

Для понимания, какие стены наилучшим образом будут сохранять тепло, нужно проанализировать коэффициент теплопроводности не только материала для стен, но и строительного раствора, что видно из таблицы ниже:

Номер п/п	Материал для стен, строительный раствор	Коэффициент теплопроводности по СНиП
1.	Кирпич	0,35 – 0,87
2.	Саманные блоки	0,1 – 0,44
3.	Бетон	1,51 – 1,86
4.	Пенобетон и газобетон на основе цемента	0,11 – 0,43
5.	Пенобетон и газобетон на основе извести	0,13 – 0,55
6.	Ячеистый бетон	0,08 – 0,26
7.	Керамические блоки	0,14 – 0,18
8.	Строительный раствор цементно-песчаный	0,58 – 0,93
9.	Строительный раствор с добавлением извести	0,47 – 0,81

Важно
. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.
Это связано с несколькими причинами:

Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

Сравнение основных показателей

Чтобы понять, насколько эффективным будет тот или иной утеплитель, необходимо сравнить основные показатели материалов. Это можно сделать, просмотрев таблицу 1.

Материал	Плотность кг/м3	Теплопроводность	Гигроскопичность	Минимальный слой, см
Пенополистирол	30-40	Очень низкая	Средняя	10
Пластиформ	50-60	Низкая	Очень низкая	2
60-70	Низкая	Средняя	5
Пенопласт	35-50	Очень низкая	Средняя	10
25-32	низкая	низкая	20
35-125	Низкая	Высокая	10-15
130	Низкая	высокая	15
500	Высокая	Низкая	20
Ячеистый бетон	400-800	Высокая	Высокая	20-40
Пеностекло	100-600	Низкая	низкая	10-15

Таблица 1 Сравнение теплоизоляционных свойств материалов

При этом многие отдают предпочтение пластиформу, минеральной вате или ячеистому бетону. Это связанно с индивидуальными предпочтениями, особенностями монтажа и некоторыми физическими свойствами.

Какая теплопроводность газобетона — определяем толщину стены

Теплопроводность – свойство материала проводить(удерживать) тепло. Чем теплопроводность ниже, тем лучше материал сохраняет тепло. Газобетон в плане теплоэффективности обладает отличными показателями, которые во много раз лучше, чем у кирпича.

Если углубится в сам процесс передачи тепла, то тепловая энергия очень хорошо передается через плотные материалы, и намного медленнее передается через воздух. В газобетонных блоках очень много воздуха, чему способствуют многочисленные поры в его составе. Каждая отдельная пора представляет из себя преграду на пути продвижения тепла, и соответственно, тепло лучше сохраняется.

Газобетон бывает различной плотности, от D300 до D700. Чем плотность ниже, тем больше в нем воздуха, и ниже теплопроводность, то есть тепло лучше сохраняется. В более плотном газобетоне воздуха меньше, и тепло он сохраняет хуже.

Плотность и прочность газобетона связаны напрямую, то есть, легкие газобетоны имеют меньшую прочность на сжатие.

Теперь перейдем непосредственно к цифрам, а точнее к таблице теплопроводности газобетона и других материалов.

Влияние влаги на теплопроводность газобетона

Если внимательно разобраться в столбцах таблицы, то можно заметить небольшие различия в теплопроводности между сухим и влажным состоянием газобетона. Мокрый газобетон быстрее проводит тепло, то есть, хуже удерживает тепло. Чем блоки влажнее, тем больше у них теплопроводность.

Стоит отметить, что свежий автоклавный газобетон привозят на стройплощадку очень влажным, и чтобы он про сох до равновесной влажности, которая составляет 5%, ему необходимо просохнуть около года. Тогда его теплопроводность уменьшится, и он будет лучше удерживать тепло. Этап просушки является очень важным, и в этот период не стоит заниматься отделкой стен, они должны просыхать, иначе будет плесень.

Теплопроводность и тепловое сопротивление

Теплопроводность — это некоторый коэффициент материала, и чем он ниже, тем лучше сохраняется тепло.

Тепловое сопротивление, это расчетное значение стены, которое определяется по простой формуле — толщину газобетона (в метрах) делим на коэффициент теплопроводности материала.

Пример! Имеем стену из газобетона марки D400 толщиной 375 мм, и нужно определить тепловое сопротивление. По таблице смотрим тепловодность газобетона D400 — (0.11).

Тепловое сопротивление = 0.375/0.11 = 3.4 м2·°C/Вт.

Чем значение теплового сопротивления больше, тем лучше сохраняется тепло. Как вы понимаете, стена толщиной 400 мм будет удерживать тепло в два раза лучше, чем стена 200 мм.

С теплопроводностью самого газобетона разобрались, но как дела обстоят в кладке, ведь она включает в себя еще и швы. Так как швы между блоками состоят из клея или раствора, то они представляют из себя небольшие мостики холода, которые ухудшают общее тепловое сопротивление стены. Поэтому, кладку газобетона осуществляют только на специальный тонкошовный клей.

Толщина шва при кладке должна быть 2-3 мм, что сведет к минимуму мостики холода. Газобетонные блоки нельзя укладывать на обычный раствор, исключением является только первый ряд блоков по гидроизоляции фундамента.

Теплопроводность кирпича и коэффициент теплопроводности

Качественный дом должен быть теплым. Чтобы решить из какого материала лучше построить жилье нужно проанализировать величину сопротивления теплового потока материала стен. Традиционно в России отдают предпочтение строениям из кирпича, но оправдано ли это. Какова его теплопроводность и стоит ли строить кирпичное жилье для постоянного проживания на самом деле.

Что такое теплопроводность?

На стадии проектирования любого дома, солидного коттеджа или дачной постройки наряду с архитектурными и конструктивными решениями, закладываются технические и эксплуатационные характеристики строения. Теплотехнические значения постройки напрямую зависят от материалов, из которых она возведена.

В соответствии со СНип 23-01-99, СНиП 23-02-2003, СНип 23 -02-2004 разработаны

технологии обеспечения климатологии, тепловой защиты жилья, а так же правила их проектирования. Созданы таблицы теплопроводности, полезные при определении критериев материалов для создания благоприятного микроклимата в зависимости от их показателей теплопроводности.

Показатели теплопроводности строительных материалов

Под теплопроводностью понимается физический процесс передачи энергии от нагретых частиц к холодным до наступления теплового равновесия, до того как сравняются температуры. Для жилого строения процесс теплопередачи определяется время выравнивания температуры в нутрии его и снаружи. Соответственно, чем длительнее процесс выравнивания температур (зимой – охлаждения, летом – нагревания), тем выше показатель (коэффициент) теплопроводности.

Коэффициент это показатель количества тепла, которое за единицу времени теряется, проходя через поверхность стен. Чем выше, тем больше теряется тепла, чем ниже, тем лучше для жилого дома.

Важно! Задача проектирования в том, чтобы подобрать материалы с наиболее низким коэффициентом теплопроводности для возведения всех строительных конструкций.

Что влияет на коэффициент теплопроводности?

Строительные материалы, кирпич, бетон, блоки, дерево, панели имеют разную теплопроводность. Но физические свойства этих материалов, влияющие на показатели проводимости тепла, одинаковы. Вот они:

Плотность;
Пористость;
Структура пор;
Влажность.

Как данные параметры влияют на проводимость тепла. Плотность материала характеризуется взаимодействием частиц, передающих тепловую энергию, чем плотность выше, тем потери тепла больше. Пористость материала способствует разрушению его однородности, тепло задерживается порами, в которых воздух, а теплопроводность воздуха при 0°С равна 0,02 Вт/м*. Чем больше пористость кирпича или иного материала, тем ниже коэффициент теплопроводности. Если структура пол малого размера и закрытого типа, потери тепла снижаются. Повышенная влажность материала снижает (ухудшает) показатель, так как сухой воздух вытесняется влажным.

В строительной профессиональной практике коэффициент определяется формулами, для обычного понимания необходимо понимать, что проводимость тепловой энергии – величина нормируемая, конструкция строения должна представлять собой монолитное сооружение, возведенное из материалов естественной влажности, требуемой толщины, как показано на картинке.

Полезно знать, что все строительные материалы делятся на два класса:

те, из которых возводят конструкцию, каркас сооружения;
те, которыми производят утепление конструкции.

Материалы для несущих конструкций характеризуются высоким коэффициентом теплопроводности. Самым холодным среди прочих является железобетон с коэффициентом – 1,29. Самый теплый материалом для стен пенобетон– 0,08. Интересно, что кирпич, согласно присвоенным показателям неплохо держит тепло:

Пустотелый керамический	0,35 – 0,41
Красный глиняный	0,56
Силикатный	0,7
Силикатный с тех. пустотами	0,66
Силикатный щелевой	0,4
Керамический с тех. пустотами	0,57
Керамический щелевой	0,34 – 0,43
Поризованный	0,22
Теплая керамика	0,11
Керамический блок	0,17 – 0,21
Клинкерный	0,8 – 0,9

Таким образом, таблица подсказывает, какой кирпич выбрать для строительства своего дома.

Важно! Теплопроводность только один из большого числа технических показателей строительного материала, принимать во внимание которые необходимо при проектировании и возведении будущего дома.

Кроме того, кирпич от разных производителей также различается по техническим и физическим, а также ценовым показателям.

Виды кирпича и их теплопроводность

Из вышеприведенной таблицы видно, что существует несколько видов кирпича, которые помимо характеристик теплопроводности имеют разные показатели экологической безопасности, устойчивости к огню, морозостойкости. Каждый вид имеет свои показатели прочности, долговечности. Все кирпичи можно разделить по материалу изготовления на два типа:

керамический, изготовленный из глины с разными добавками;
силикатный, изготовленный из кварцевого песка и воды.

Каждый вид кирпича имеет градации по назначению:

строительная, для возведения поверхностей;
специальная, для обустройства поверхностей соприкасающихся с высокими температурами, печь, печная трубе, камин;
облицовочная, для отделки фасадов зданий.

Теплопроводность пустотелого кирпича, объем пустот, которого составляет 45% от общей массы, меньше. Его можно использовать для возведения несущих стен и перегородок, важно, чтобы раствор, на который его кладут, был густым и не забивал полости.

Полнотелый кирпич имеет не более 13% пустот, хорош для возведения колон, столбов и прочих опорных конструкций. Такой материал можно использовать и в строительстве жилых домов, стены придется в таком случае утеплять.

Клинкерный кирпич имеет прекрасные характеристики теплопроводности, лучшее использование – возведение утепленных конструкций.

Повысить коэффициент теплопроводности можно созданием воздушных зазоров, теплоизоляцией, естественной циркуляцией воздуха. Чтобы дом был теплым без дополнительного использования теплоизоляционных материалов нужно увеличивать ширину стены. Но в таком случае толщина стены должна достигать полуметра. Использование современных утеплителей, с нужными значениями теплопроводности, позволит построить теплый дом для комфортного проживания.

Сравнение теплопроводности материалов

Сравнение утеплителей по теплопроводности и по плотности материалов

В продаже доступно много строительных материалов, использующихся для повышения свойств сооружения сохранять тепло – утеплителей. В конструкции дома он может применяться практически в каждой ее части: от фундамента и до чердака. Далее пойдет речь об основных свойствах материалов, способных обеспечить необходимый уровень теплопроводности объектов различного назначения, а также будет приведено их сравнение, в чем поможет таблица.

Основные характеристики утеплителей

Соотношение качества утеплителя, в зависимости от его толщины

При выборе утеплителей нужно обращать внимание на разные факторы: тип сооружения, наличие воздействия высоких температур, открытого огня, характерный уровень влажности. Только после определения условий использования, а также уровня теплопроводности применяемых материалов для сооружения определенной части конструкции, нужно смотреть на характеристики конкретного утеплителя:

Теплопроводность. От этого показателя напрямую зависит качество проведенного утеплительного процесса, а также необходимое количество материала для обеспечения желаемого результата. Чем ниже теплопроводность, тем эффективнее использование утеплителя.
Влагопоглощение. Показатель особо важен при утеплении внешних частей конструкции, на которые может периодически воздействовать влага. К примеру, при утеплении фундамента в грунтах с высокими водами или повышенным уровнем содержания воды в своей структуре.
Толщина. Применение тонких утеплителей позволяет сохранить внутреннее пространство жилого сооружения, а также напрямую влияет на качество утепления.
Горючесть. Это свойство материалов особенно важно при использовании для понижения теплопроводной способности наземных частей сооружения жилых домов, а также зданий специального назначения. Качественная продукция отличается способностью к самозатуханию, не выделяет при воспламенении ядовитых веществ.
Термоустойчивость. Материал должен выдерживать критические температуры. К примеру, низкие температуры при наружном использовании.
Экологичность. Нужно прибегать к использованию материалов безопасных для человека. Требования к этому фактору может изменяться в зависимости от будущего назначения сооружения.
Звукоизоляция. Это дополнительное свойство утеплителей в некоторых ситуациях позволяет добиться хорошего уровня защиты помещения от шума, а также посторонних звуков.

Важность конкретной характеристики напрямую зависит от условий использования и выделенного бюджета.

Сравнение популярных утеплителей

СРЕДНЯЯ ТОЛЩИНА ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ СТЕНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Теплоизоляционный материал	Кирпичная кладка (полтора кирпича)	Газобетон 30 см	Деревянный брус 30 см	Каркас из OSB
Экотермикс	7 см	З см	5 см	10 см
Минеральная вата	13 см	8 см	10 см	15 см
Пенополистирол	12 см	7 см	8 см	13 см
Пеностекло	11 см	6,5 см	7 см	13 см

Давайте рассмотрим несколько материалов, применяемых для повышения энергоэффективности сооружений:

Минеральная вата. Производится из естественных материалов. Устойчива к огню и отличается экологичностью, а также низкой теплопроводностью. Но невозможность противостоять воздействию воды сокращает возможности использования.
Пенопласт. Легкий материал с отличными утеплительными свойствами. Доступный, легко устанавливается и влагоустойчив. Недостатки: хорошая воспламеняемость и выделение вредных веществ при горении. Рекомендуется его использовать в нежилых помещениях.
Бальзовая вата. Материал практически идентичный минвате, только отличается улучшенными показателями устойчивости к влаге. При изготовлении его не уплотняют, что значительно продлевает срок службы.
Пеноплэкс. Утеплитель хорошо противостоит влаге, высоким температурам, огню, гниению, разложению. Отличается отличными показателями теплопроводности, прост в монтаже и долговечен. Можно использовать в местах с максимальными требованиями способности материала противостоять различным воздействиям.
Пенофол. Многослойный утеплитель естественного происхождения. Состоит из полиэтилена, предварительно вспененного перед производством. Может иметь различные показатели пористости и ширины. Часто поверхность покрыта фольгой, благодаря чему достигается отражающие эффект. Отличается легкостью, простотой монтажа, высокой энергоэффективностью, влагостойкостью, небольшим весом.

Коэффициент теплопроводности размерность

Выбирая материал для использования в непосредственной близости с человеком, необходимо особое внимание уделять его характеристикам экологичности и пожаробезопасности. Также в некоторых ситуациях рационально покупать более дорой утеплитель, который будет обладать дополнительными свойствами влагозащиты или звукоизоляции, что в окончательном счете позволяет сэкономить.

Сравнение с помощью таблицы

N	Наименование	Плотность	Теппопроводность	Цена , евро за куб.м.	Затраты энергии на
		кг/куб.м	мин	макс	Евросоюз	Россия	квт*ч/куб. м.
1	целлюлозная вата	30-70	0,038	0,045	48-96	15-30	6
2	древесноволокнистая плита	150-230	0,039	0,052		150	800-1400
3	древесное волокно	30-50	0,037	0,05	200-250		13-50
4	киты из льняного волокна	30	0,037	0,04	150-200	210	30
5	пеностекло	100-150	0.05	0,07		135-168	1600
6	перлит	100-150	0,05	0.062	200-400	25-30	230
7	пробка	100-250	0,039	0,05	300		80
8	конопля, пенька	35-40	0,04	0.041	150		55
9	хлопковая вата	25-30	0,04	0,041	200		50
10	овечья шерсть	15-35	0,035	0,045	150		55
11	утиный пух	25-35	0,035	0,045	150-200
12	солома	300-400	0,08	0,12	165
13	минеральная (каменная) вата	20-80	0.038	0,047	50-100	30-50	150-180
14	стекповопокнистая вата	15-65	0,035	0,05	50-100	28-45	180-250
15	пенополистирол (безпрессовый)	15-30	0.035	0.047	50	28-75	450
16	пенополистирол экструзионный	25-40	0,035	0,042	188	75-90	850
17	пенополиуретан	27-35	0,03	0,035	250	220-350	1100

jsnip.ru

Таблица теплопроводности строительных материалов. Характеристики и сравнение строительных материалов :

Строительство коттеджа или дачного дома – это сложный и трудоемкий процесс. И для того, чтобы будущее строение простояло не один десяток лет, нужно соблюдать все нормы и стандарты при его возведении. Поэтому каждый этап строительства требует точных расчетов и качественного выполнения необходимых работ.

Одним из самых важных показателей при строительстве и отделке строения является теплопроводность строительных материалов. СНИП (строительные нормы и правила) дает полный спектр информации по данному вопросу. Ее необходимо знать, чтобы будущее здание было комфортным для проживания как в летний, так и в зимний период.

Идеальный теплый дом

От конструктивных особенностей строения и применяемых при его возведении материалов зависит комфорт и экономичность проживания в нем. Комфорт заключается в создании оптимального микроклимата внутри вне зависимости от внешних погодных условий и температуры окружающей среды. Если материалы подобраны правильно, а котельное оборудование и вентиляция установлены согласно нормам, то в таком доме будет комфортная прохладная температура летом и тепло зимой. К тому же если все материалы, используемые при строительстве, обладают хорошими теплоизоляционными свойствами, то расходы на энергоносители при отоплении помещений будут минимальны.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – это передача тепловой энергии между непосредственно соприкасающимися телами или средами. Простыми словами теплопроводность – это способность материала проводить температуру. То есть, попадая в какую-то среду с отличающейся температурой, материал начинает принимать температуру этой среды.

Этот процесс имеет большое значение и в строительстве. Так, в доме с помощью отопительного оборудования поддерживается оптимальная температура (20-25°C). Если температура на улице будет ниже, то когда отключается отопление, все тепло из дома через некоторое время выйдет на улицу, и температура понизится. Летом происходит обратная ситуация. Чтобы сделать температуру в доме ниже уличной, приходится использовать кондиционер.

Коэффициент теплопроводности

Потеря тепла в доме неизбежна. Она происходит постоянно, когда температура снаружи меньше, чем в помещении. А вот ее интенсивность – это переменная величина. Она зависит от множества факторов, главными среди которых являются:

Площадь поверхностей, участвующих в теплообмене (крыша, стены, перекрытия, пол).
Показатель теплопроводности строительных материалов и отдельных элементов здания (окна, двери).
Разница между температурами на улице и внутри дома.
И другие.

Для количественной характеристики теплопроводности строительных материалов используют специальный коэффициент. Используя этот показатель, можно довольно просто рассчитать необходимую теплоизоляцию для всех частей дома (стены, крыша, перекрытия, пол). Чем выше коэффициент теплопроводности строительных материалов, тем больше интенсивность потери тепла. Таким образом, для постройки теплого дома лучше применять материалы с более низким показателем этой величины.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов, как и любых других веществ (жидких, твердых или газообразных), обозначается греческой буквой λ. Единицей его измерения является Вт/(м*°C). При этом расчет ведется на один квадратный метр стены толщиной в один метр. Разница температур здесь берется 1°. Практически в любом строительном справочнике имеется таблица теплопроводности строительных материалов, в которой можно посмотреть значение этого коэффициента для различных блоков, кирпичей, бетонных смесей, пород дерева и других материалов.

Определение потерь тепла

Потери тепла в любом здании всегда есть, но в зависимости от материала они могут изменять свое значение. В среднем потеря тепла происходит через:

Крышу (от 15 % до 25 %).
Стены (от 15 % до 35 %).
Окна (от 5 % до 15 %).
Дверь (от 5 % до 20 %).
Пол (от 10 % до 20 %).

Для определения потерь тепла применяют специальный тепловизор, который определяет наиболее проблемные места. Они выделяются на нем красным цветом. Меньшая потеря тепла происходит в желтых зонах, далее – в зеленых. Зоны с наименьшей потерей тепла выделяются синим цветом. А определение теплопроводности строительных материалов должно проводиться в специальных лабораториях, о чем должен свидетельствовать сертификат качества, прилагаемый к продукции.

Пример расчета потерь тепла

Если взять, к примеру, стену из материала с коэффициентом теплопроводности 1, то при разности температур с двух сторон этой стены в 1°, потери тепла составят 1 Вт. Если же толщину стены взять не 1 метр, а 10 см, то потери составят уже 10 Вт. В случае, если разность температур будет 10°, то тепловые потери также составят 10 Вт.

Рассмотрим теперь на конкретном примере расчет потери тепла целого здания. Высоту его возьмем 6 метров (8 с коньком), ширину – 10 метров, а длину – 15 метров. Для простоты расчетов берем 10 окон площадью 1 м2. Температуру внутри помещения будем считать равную 25°C, а на улице -15°C. Вычисляем площадь всех поверхностей, через которые происходит потеря тепла:

Окна – 10 м2.
Пол – 150 м2.
Стены – 300 м2.
Крыша (со скатами по длинной стороне) – 160 м2.

Формула теплопроводности строительных материалов позволяет вычислить коэффициенты для всех частей здания. Но проще использовать уже готовые данные из справочника. Там есть таблица теплопроводности строительных материалов. Рассмотрим каждый элемент по отдельности и определим его тепловое сопротивление. Оно рассчитывается по формуле R = d/λ, где d – толщина материала, а λ – коэффициент его теплопроводности.

Пол – 10 см бетона (R=0,058 (м2*°C)/Вт) и 10 см минеральной ваты (R=2,8 (м2*°C)/Вт). Теперь складываем эти два показателя. Таким образом, тепловое сопротивление пола равняется 2,858 (м2*°C)/Вт.

Аналогично считаются стены, окна и кровля. Материал – ячеистый бетон (газобетон), толщина 30 см. В таком случае R=3,75 (м2*°C)/Вт. Тепловое сопротивление пластового окна — 0,4 (м2*°C)/Вт.

Кровлю будем считать из минеральной ваты толщиной в 10 см и профлиста. Так как металл имеет высокий коэффициент теплопроводности, то профлист в расчет не берем. Тогда R крыши составит 2,8 (м2*°C)/Вт.

Следующая формула позволяет выяснить потери тепловой энергии.

Q = S * T / R, где S – площадь поверхности, T – разница температур снаружи и внутри (40°C). Рассчитаем потери тепла для каждого элемента:

Для крыши: Q = 160*40/2,8=2,3 кВт.
Для стен: Q = 300*40/3,75=3,2 кВт.
Для окон: Q = 10*40/0,4=1 кВт.
Для пола: Q = 150*40/2,858=2,1 кВт.

Далее все эти показатели суммируются. Таким образом, для данного коттеджа тепловые потери составят 8,6 кВт. А для поддержания оптимальной температуры потребуется котельное оборудование мощностью не менее 10 кВт.

Материалы для внешних стен

На сегодняшний день существует множество стеновых строительных материалов. Но наибольшей популярностью в частном домостроении по-прежнему пользуются строительные блоки, кирпичи и дерево. Основные отличия – это плотность и теплопроводность строительных материалов. Сравнение дает возможность выбрать золотую середину в соотношении плотность/теплопроводность. Чем выше плотность материала, тем выше его несущая способность, а следовательно, и прочность конструкции в целом. Но при этом ниже его тепловое сопротивление, а как следствие, расходы на энергоносители выше. С другой стороны, чем выше тепловое сопротивление, тем ниже плотность материала. Меньшая плотность, как правило, подразумевает наличие пористой структуры.

Чтобы взвесить все за и против, необходимо знать плотность материала и его коэффициент теплопроводности. Следующая таблица теплопроводности строительных материалов для стен дает значение этого коэффициента и его плотность.

Материал	Теплопроводность, Вт/(м*°C)	Плотность, т/м3
Железобетон	1,7	2,5
Керамзитобетонные блоки	0,14 – 0,66	0,5 – 1,8
Керамический кирпич	0,56	1,8
Силикатный кирпич	0,7	1,8
Газобетонные блоки	0,08 – 0,29	0,3 – 1
Сосна	0,18	0,5

Утеплители для стен

При недостаточной тепловой сопротивляемости внешних стен могут применяться различные утеплители. Так как значения теплопроводности строительных материалов для утепления могут иметь весьма низкий показатель, то чаще всего толщины в 5-10 см будет достаточно для создания комфортной температуры и микроклимата в помещениях. Широкое применение на сегодняшний день получили такие материалы, как минеральная вата, пенополистирол, пенопласт, пенополиуритан и пеностекло.

Следующая таблица теплопроводности строительных материалов, используемых для утепления наружных стен, дает значение коэффициента λ.

Материал	Теплопроводность, Вт/(м*°C)
Минеральная вата	0,048 – 0,07
Пенополистирол	0,031 – 0,05
Экструдированный пенополистирол	0,036
Пенополиуритан	0,02 – 0,041
Пеностекло	0,07 – 0,11

Особенности применения стеновых утеплителей

Применение утеплителей для наружных стен имеет некоторые ограничения. Это прежде всего связанно с таким параметром, как паропроницаемость. Если стена сделана из пористого материала, такого как газобетон, пенобетон или керамзитобетон, то применять лучше минеральную вату, так как этот параметр у них практически одинаковый. Использование пенополистирола, пенополиуритана или пеностекла возможно только при наличии специального вентиляционного зазора между стеной и утеплителем. Для дерева это также критично. А вот для кирпичных стен данный параметр не так критичен.

Теплая кровля

Утепление кровли позволяет избежать ненужных перерасходов при отоплении дома. Для этого могут применяться все виды утеплителей как листового формата, так и напыляемые (пенополиуритан). При этом не следует забывать про пароизоляцию и гидроизоляцию. Это весьма важно, так как мокрый утеплитель (минеральная вата) теряет свои свойства по тепловой сопротивляемости. Если же кровля не утепляется, то необходимо основательно утеплить перекрытие между чердаком и последним этажом.

Пол

Утепление пола весьма важный этап. При этом также необходимо применять пароизоляцию и гидроизоляцию. В качестве утеплителя используется более плотный материал. Он, соответственно, имеет более высокий коэффициент теплопроводности, чем кровельный. Дополнительной мерой для утепления пола может послужить подвал. Наличие воздушной прослойки позволяет повысить тепловую защиту дома. А оборудование системы теплого пола (водяного или электрического) дает дополнительный источник тепла.

Заключение

При строительстве и отделке фасада необходимо руководствоваться точными расчетами по тепловым потерям и учитывать параметры используемых материалов (теплопроводность, паропроницаемость и плотность).

www.syl.ru

Коэффициент теплопроводности строительных материалов: сравнительная таблица

Главная

Материалы

Коэффициент теплопроводности строительных материалов: сравнительная таблица

Что такое теплопроводность? Знать об этой величине необходимо не только профессионалам-строителям, но и простым обывателям, решившим самостоятельно построить дом.

Каждый материал, используемый в строительстве, имеет свой показатель этой величины. Самое низкое его значение – у утеплителей, самое высокое – у металлов. Поэтому необходимо знать формулу, которая поможет рассчитать толщину как возводимых стен, так и теплоизоляции, чтобы получить в итоге уютный дом.

Сравнение проводимости тепла у самых распространённых утеплителей

Чтобы иметь представление о проводимости тепла разных материалов, предназначенных для утепления, нужно сравнить их коэффициенты (Вт/м*К), приведённые в следующей таблице:

Номер п/п	Название утеплителя	Коэффициент теплопроводности по СНиП
1.	Керамзит	0,099 – 0,19
2.	Глина	0,5
3.	Саман	0,3
4.	Минеральная вата	0,036 – 0,048
5.	Пенопласт	0,036 – 0,05
6.	Пеноплекс	0,029 – 0,031
7.	Эковата	0,037 – 0,042
8.	Пеноизол	0,028 – 0,038
9.	Пенополиуретан	0,019 – 0,05

Как видно из вышеприведённых данных, показатель проводимости тепла таких строительных материалов, как теплоизоляционные, варьируется от минимального (0,019) до максимального (0,5). Все теплоизоляционные материалы имеют определённый разброс показаний. СНиПы описывают каждый из них в нескольких видах – в сухом, нормальном и влажном. Минимальный коэффициент проводимости тепла соответствует сухому состоянию, максимальный – влажному.

Если задумано индивидуальное строительство

Номер п/п	Материал для стен, строительный раствор	Коэффициент теплопроводности по СНиП
1.	Кирпич	0,35 – 0,87
2.	Саманные блоки	0,1 – 0,44
3.	Бетон	1,51 – 1,86
4.	Пенобетон и газобетон на основе цемента	0,11 – 0,43
5.	Пенобетон и газобетон на основе извести	0,13 – 0,55
6.	Ячеистый бетон	0,08 – 0,26
7.	Керамические блоки	0,14 – 0,18
8.	Строительный раствор цементно-песчаный	0,58 – 0,93
9.	Строительный раствор с добавлением извести	0,47 – 0,81

Важно. Из приведённых в таблице данных видно, что у каждого строительного материала довольно большой разброс в показателях коэффициента теплопроводности.

Это связано с несколькими причинами:

Плотность. Все утеплители выпускаются или укладываются (пеноизол, эковата) различной плотности. Чем ниже плотность (больше присутствует воздуха в теплоизоляционной структуре), тем ниже проводимость тепла. И, наоборот, у очень плотных утеплителей этот коэффициент выше.
Вещество, из которого производят (основа). Например, кирпич бывает силикатным, керамическим, глиняным. От этого зависит и коэффициент теплопроводности.
Количество пустот. Это касается кирпича (пустотелый и полнотелый) и теплоизоляции. Воздух – самый худший проводник тепла. Коэффициент его теплопроводимости – 0,026. Чем больше пустот, тем ниже этот показатель.

Строительный раствор хорошо проводит тепло, поэтому любые стены рекомендуется утеплять.

Если объяснять на пальцах

Для наглядности и понимания, что такое теплопроводность, можно сравнить кирпичную стену, толщиной 2 м 10 см с другими материалами. Таким образом, 2,1 метра кирпича, сложенного в стену на обычном цементно-песчаном растворе равны:

стене толщиной 0,9 м из керамзитобетона;
брусу, диаметром 0,53 м;
стене, толщиной 0,44 м из газобетона.

Если речь заходит от таких распространённых утеплителях, как минеральная вата и пенополистирол, то потребуется всего 0,18 м первой теплоизоляции или 0,12 м второй, чтобы значения теплопроводности огромной кирпичной стены оказались равными тонюсенькому слою теплоизоляции.

Сравнительная характеристика теплопроводности утеплительных, строительных и отделочных материалов, которую можно произвести, изучив СНиПы, позволяет проанализировать и правильно составить утеплительный пирог (основание, утеплитель, финишная отделка). Чем ниже теплопроводность, тем выше цена. Ярким примером могут послужить стены дома, сложенные из керамических блоков или обычного высококачественного кирпича. Первые имеют теплопроводность всего 0,14 – 0,18 и стоят намного дороже любого, самого лучшего кирпича.

Нравится?

izollab.ru

Сравнительная таблица теплопроводности современных строительных материалов

Строительство любого дома, будь то коттедж или скромный дачный домик, должно начинаться с разработки проекта. На этом этапе закладывается не только архитектурный облик будущего строения, но и его конструктивные и теплотехнические характеристики.

Схема теплопроводности и толщины материалов.

Основной задачей на этапе проекта будет не только разработка прочных и долговечных конструктивных решений, способных поддерживать наиболее комфортный микроклимат с минимальными затратами. Помочь определиться с выбором может сравнительная таблица теплопроводности материалов.

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Коэффициент теплопроводности кирпичей.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Вернуться к оглавлению

Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:

Зависимость теплопроводности газобетона от плотности.

Пористость — наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
Структура пор — малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
Плотность — при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
Влажность — значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:

λ=λо*(1+b*t), (1)

где, λо — коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;

b — справочная величина температурного коэффициента;

t — температура.

Вернуться к оглавлению

Из понятия теплопроводности напрямую вытекает понятие толщины слоя материала для получения необходимого значения сопротивления теплового потока. Тепловое сопротивление — нормируемая величина.

Упрощенная формула, определяющая толщину слоя, будет иметь вид:

Таблица теплопроводности утеплителей.

H=R/λ, (2)

где, H — толщина слоя, м;

R — сопротивление теплопередаче, (м2*°С)/Вт;

λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).

Данная формула применительно к стене или перекрытию имеет следующие допущения:

ограждающая конструкция имеет однородное монолитное строение;
используемые стройматериалы имеют естественную влажность.

При проектировании необходимые нормируемые и справочные данные берутся из нормативной документации:

СНиП23-01-99 — Строительная климатология;
СНиП 23-02-2003 — Тепловая защита зданий;
СП 23-101-2004 — Проектирование тепловой защиты зданий.

Вернуться к оглавлению

Принято условное разделение материалов, применяемых в строительстве, на конструкционные и теплоизоляционные.

Конструкционные материалы применяются для возведения ограждающих конструкций (стен, перегородок, перекрытий). Они отличаются большими значениями теплопроводности.

Значения коэффициентов теплопроводности сведены в таблицу 1:

Таблица 1

Материал	Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*°С).
Пенобетон	(0,08 — 0,29) — в зависимости от плотности
Древесина ели и сосны	(0,1 — 0,15) — поперек волокон 0,18 — вдоль волокон
Керамзитобетон	(0,14-0,66) — в зависимости от плотности
Кирпич керамический пустотелый	0,35 — 0,41
Кирпич красный глиняный	0,56
Кирпич силикатный	0,7
Железобетон	1,29

Подставляя в формулу (2) данные, взятые из нормативной документации, и данные из Таблицы 1, можно получить требуемую толщину стен для конкретного климатического района.

При выполнении стен только из конструкционных материалов без использования теплоизоляции их необходимая толщина (в случае использования железобетона) может достигать нескольких метров. Конструкция в этом случае получится непомерно большой и громоздкой.

Допускают возведение стен без использования дополнительного утепления, пожалуй, только пенобетон и дерево. И даже в этом случае толщина стены достигает полуметра.

Теплоизоляционные материалы имеют достаточно малые величины значения коэффициента теплопроводности.

Основной их диапазон лежит в пределах от 0,03 до 0,07 Вт/(м*°С). Наиболее распространенные материалы — это экструдированный пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций.

Читайте также: Опилкобетонный блокПено и газоблокиО размерах пенобетонного блока — читайте здесь.

Вернуться к оглавлению

Схема сравнения теплопроводности стен из газобетона и кирпича.

При проектировании и производстве строительных работ необходимо учитывать возможные пути теплопотерь:

30-40% потерь тепла приходится на поверхность стен;
20-30% — через межэтажные перекрытия и крышу;
около 20% потерь приходится на поверхность, занимаемую оконными и дверными проемами;
приблизительно 10% тепла уходит из помещения через плохо утепленные полы.

Важным фактором при учете теплопроводности в строительстве является обеспечение надлежащей ветро- и пароизоляции. В наибольшей степени это справедливо для пористых утеплителей. Т.е. при ограничении доступа влаги внутрь конструкций (как извне, так и снаружи) сопротивление теплопередачи будет выше. Утеплитель будет более эффективно работать, соответственно, потребуется меньшая толщина конструкций.

В идеале стены и перекрытия должны выполняться из теплоизоляционных материалов. Однако они обладают низкой конструкционной прочностью, что ограничивает широту их применения. Возникает необходимость выполнять основные несущие конструкции из кирпича, дерева, пенобетонных блоков и т.п.

Наиболее распространенным вариантом конструкций домов, встречающимся на практике, является комбинация несущей конструкции и теплоизоляции.

Здесь можно различить:

Сравнение теплопроводности соломобетонных блоков с другими материалами.

Каркасный вариант строительства — основной каркас, обеспечивающий пространственную жесткость, выполняется из деревянных досок или брусьев. Утеплитель укладывается в межстоечное пространство. В некоторых случаях для достижения требуемых показателей по энергоэффективности осуществляется дополнительное утепление снаружи каркаса.
Возведение стен дома из кирпича, пористых бетонных блоков, дерева — утепление осуществляется по наружной поверхности. Слой утеплителя компенсирует избыточную теплопроводность основного стенового материала. С другой стороны материал основной стены несет на себе нагрузки, компенсируя малую механическую прочность утеплителя.

Аналогичные закономерности будут справедливы при возведении межэтажных перекрытий и кровельных конструкций.

Таким образом, используя комбинацию материалов с требуемыми значениями коэффициентов теплопроводности, можно получить оптимальные по свойствам и толщине ограждающие конструкции здания.

ostroymaterialah.ru

Сравнение теплопроводности различных строительных материалов и расчет толщины стен

Вопрос утепления квартир и домов весьма важен – постоянно повышающаяся стоимость энергоносителей обязывает бережно относиться к теплу в помещении. Но как правильно выбрать материал изоляции и рассчитать его оптимальную толщину? Для этого необходимо знать показатели теплопроводности.

Что такое теплопроводность

Эта величина характеризует способность проводить тепло внутри материала. Т.е. определяет отношение количества энергии, проходящей через тело площадью 1 м² и толщиной 1 м за единицу времени – λ (Вт/м*К). Проще говоря – сколько тепла будет передано от одной поверхности материала к другой.

В качестве примера рассмотрим обыкновенную кирпичную стену.

Как видно на рисунке, температура в помещении составляет 20°С, а на улице – 10°С. Для соблюдения такого режима в комнате необходимо, чтобы материал, из которого сделана стена, был с минимальным коэффициентом теплопроводности. Именно при таком условии можно говорить об эффективном энергосбережении.

Для каждого материала существует свой определенный показатель этой величины.

При строительстве принято следующее разделение материалов, которые выполняют определенную функцию:

Возведение основного каркаса зданий – стен, перегородок и т.д. Для этого применяются бетон, кирпич, газобетон и т.д.

Их показатели теплопроводности довольно велики, а это значит, что для достижения хорошего энергосбережения необходимо увеличивать толщину наружных стен. Но это не практично, так как требует дополнительных затрат и возрастание веса всего здания. Поэтому принято использовать специальные дополнительные изоляционные материалы.

Утеплители. К ним относятся минеральная вата, пенопласт, пенополистирол и любой другой материал с низким коэффициентом теплопроводности.

Именно они обеспечивают должную защиту дома от быстрой потери тепловой энергии.

В строительстве требованиями к основным материалам являются – механическая прочность, пониженный показатель гигроскопичности (сопротивление влаги), и менее всего – их энергетические характеристики. Поэтому особое внимание уделяется теплоизоляционным материалам, которые должны компенсировать этот «недостаток».

Однако применение на практике величины теплопроводности затруднительно, так как она не учитывает толщину материала. Поэтому используют обратное ей понятие – коэффициент сопротивления теплопередачи.

Эта величина является отношением толщины материала к его коэффициенту теплопроводности.

Значение этого параметра для жилых зданий прописаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003. Согласно этим нормативным документам коэффициент сопротивления теплопередачи в разных регионах России не должен быть менее тех значений, которые указаны в таблице.

В качестве примера можно рассчитать минимальную толщину стен для Самары при следующих условиях:

Основной материал изготовления – кирпич силикатный, кладка толщиной 360 мм, λ=0,7

Для него значение Rр=0,36/0,7=0,51. Следовательно, необходимо добавить изолирующий материал до требуемой величины:

Внешнее утепление будет состоять из слоя минеральной ваты 100 мм и пенопласта толщиной 50 мм:

R=(0,2/0,048)+(0,05/0,047)= 2,08+1,06=3,14

В общей сумме с кирпичной кладкой получаем значение сопротивления теплопередачи стены 3,14+0,51=3,65 м²*°С/Вт, что удовлетворяет условиям СНиП.

Эта процедура расчета является обязательно не только при планировании постройки нового здания, но и для грамотного и эффективного утепления стен уже возведенного дома.

dearhouse.ru

Что такое теплопроводность? Обзор

Вариация теплопроводности

Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся температурный градиент, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло.

Теплопроводность окружающих нас материалов существенно различается: от материалов с низкой проводимостью, таких как воздух со значением 0,024 Вт / м • К при 0 ° C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт / м • К).

Теплопроводность материалов определяет то, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, в то время как материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно отводить тепло из одной области. к другому, как в кухонной посуде и системах охлаждения в электронных устройствах. Выбирая материалы с теплопроводностью, подходящей для области применения, мы можем достичь наилучших возможных характеристик.

Теплопроводность и температура

В связи с тем, что движение молекул является основой теплопроводности, температура материала имеет большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.

Способность понимать влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения ожидаемого поведения продуктов при воздействии термического напряжения. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, например электроникой, а также при разработке материалов для защиты от огня и тепла.

Теплопроводность и структура

Значения теплопроводности существенно различаются для разных материалов и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала.Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы. В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена конструкция.

При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые вещества и металлические твердые тела. Различия в способностях этих трех категорий к теплопередаче можно объяснить различиями в их структурах и молекулярных движениях.

Газы имеют более низкую относительную теплопроводность, так как их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и скорости молекул.

Газы — плохие передатчики тепла. Напротив, молекулы в неметаллических твердых телах связаны в сетку решетки, и поэтому теплопроводность в основном происходит за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые тела имеют более высокую теплопроводность по сравнению с двумя, однако в этой группе есть большие различия.

Это изменение частично связано с количеством воздуха, присутствующего в твердом теле, материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, тогда как те, которые более плотно упакованы, будут иметь более высокое значение теплопроводности.

Теплопроводность металлических твердых тел еще раз отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди любых материалов, за исключением графена, и обладают уникальной комбинацией теплопроводности и электропроводности.Оба эти атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако при повышении температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность — уменьшаться.

Тестирование и измерение теплопроводности

Теплопроводность — это важнейший компонент взаимоотношений между материалами, и способность понимать это позволяет нам добиться наилучших характеристик материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни.Эффективное испытание и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этих усилий. Методы измерения теплопроводности можно разделить на стационарные и переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы установившегося состояния требуют, чтобы образец и эталон находились в тепловом равновесии до начала измерений. Переходные методы не требуют выполнения этого правила и поэтому дают результаты быстрее.

Исследования

Получение пористой муллитовой керамики с низкой теплопроводностью

В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и отверждения крахмала муллитового порошка, а также то, как ее теплопроводность изменяется в зависимости от пористости керамики.Теплопроводность измерялась методом источника переходной плоскости Hot Disc (TPS) с помощью TPS 2500 S. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.

Материал с фазовым переходом нанографит / парафин с высокой теплопроводностью

Композиты нанографит (NG) / парафин были приготовлены в качестве композитных материалов с фазовым переходом. Добавление NG увеличило теплопроводность композитного материала. Материал, содержащий 10% NG, имел теплопроводность 0.9362 Вт / м • K

Артикул:

Нейв Р. Гиперфизика. «Теплопроводность». Государственный университет Джорджии.
Доступно по адресу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1

Материалы курса NDT. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm

Уильямс, М. «Что такое теплопроводность?». Phys.Org. 9 декабря 2014 г.
Доступно по адресу: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html

Что вы подразумеваете под теплопроводностью? Получено из определения теплопроводности

Thermtest База данных термических свойств материалов. Список значений теплопроводности

Теплопроводность и коэффициент расширения

Теплопроводность составляет
склонность любого материала передавать тепло из одной точки в другую.Конечно, чтобы тепло «текло», необходимо
необходимо для существования разницы температур внутри непрерывного участка материала. Термический
проводимость аналогична электропроводности. Точно так же тепловое сопротивление является обратной величиной теплового сопротивления.
проводимость, поскольку электрическое сопротивление обратно пропорционально электропроводности.

Коэффициент расширения
скорость, с которой материал будет расти в длину с повышением температуры. Большинство материалов растет в
довольно линейно, особенно в определенном диапазоне температур.Положительный коэффициент расширения
указывает на то, что материал удлиняется при повышении температуры. Таковы большинство металлов. Лед — это
хорошо известный пример отрицательного коэффициента расширения, так как он сжимается по длине с увеличением
температура (другими словами, лед расширяется, когда становится холоднее).

Воздух (неподвижный)	0,0003
Глинозем	0.276
Глинозем (85%)	0,118
Алюминий	2,165	0,23	2,7	0,81
Бериллия (99,5%)	1.969
Бериллия (97%)	1,575
Бериллия (95%)	1,161
Бериллий	1.772
Бериллий-медь	1.063
Нитрид бора	0,394
Латунь (70/30)	1.220
Медь	3,937	0,17	8,9	0,45
Медь / Inv ^c / Медь	1,64	0,084	8,4	0,020
Медь / Mo ^d / Медь	1.82	0,060	9,9	0,18
Медь / Mo ^d -Cu / Медь	2,45–2,80	0.60-0.10	9,4	0,26–0,30
Diamond (комнатная температура)	6,299
Эпоксидное	0.002
Эпоксидная смола (теплопроводящая)	0,008
FR-4 (Г-10)	0,003
GaAs	0.591
Стекло	0,008
Золото	2,913
Компаунд радиатора	0.004
Гелий (жидкий)	0,000307
Инвар	0,11	0,013	8,1	0,014
Утюг	0.669
Ковар	0,17	0,59	8,3	0,020
Свинец	0,343
Магний	1.575
Слюда	0,007
Молибден	1,299
Монель	0,197
Майлар	0.002
Никель	0,906
Азот (жидкость)	0,001411
Фенольный	0.002
Платина	0,734
Сапфир (ось А)	0,32
Сапфир (ось c)	0.35
Кремний (чистый)	1.457
Кремний (0,0025 Ом-см)	1.457
Карбид кремния	0.90
Диоксид кремния (аморфный)	0,014
Диоксид кремния (кварц, ось а)	0,059
Диоксид кремния (кварц, ось c)	0.11
Силиконовая консистентная смазка	0,002
Силиконовая резина	0,002
Нитрид кремния	0.16 — 0,33
Серебро	4,173
Нержавеющая сталь (321)	0,146
Нержавеющая сталь (410)	0.240
Сталь (низкоуглеродистая)	0,669
тефлон	0,002
Олово	0.630
Титан	0,219	0,086	4,4	0,016
Вольфрам	1,969
Вода	0.0055
цинк	1.024
a: Приблизительные значения от 0 ° C до 100 ° C b: Отношение теплопроводности к удельному весу (введено доктором Карлом Цвебеном и К.А. Шмидт) c: Инвар d: Молибден

4 свойства материала, влияющие на деформацию

Сварка может вызвать множество проблем, наиболее распространенной из которых является деформация.В «Руководстве по процедурам дуговой сварки» определяется деформация сварного изделия как результат неравномерного расширения и сжатия металла шва и прилегающего металла шва во время цикла нагрева и охлаждения сварочного процесса. Точно предсказать искажение чрезвычайно сложно из-за множества переменных, которые на него влияют.

Правильная процедура сварки может значительно снизить деформацию

Если вы занимались сваркой, то знаете, что некоторые материалы более проблематичны, чем другие, когда дело касается деформации.Это потому, что они имеют разные механические и физические свойства. Список свойств, влияющих на искажение, можно увидеть ниже.

Механические свойства

Предел текучести — Материал с более высокой прочностью имеет более высокий предел текучести. Чем выше предел текучести, тем больше подверженность деформации. Это связано с тем, что после растяжения и сжатия, вызванного термическим циклом, вызванным сваркой, материал подвергается напряжению примерно до предела текучести.Чем выше предел текучести, тем выше остаточное напряжение, которое деформирует материал.

Модуль упругости — это показатель жесткости материала или его способности расширяться и сжиматься без пластической деформации. Чем выше модуль упругости, тем более устойчивый к деформации материал.

Физические свойства

Коэффициент теплового расширения — это мера того, насколько материал расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.Чем выше коэффициент теплового расширения, тем больше материал будет расширяться и сжиматься при данном изменении температуры. Следовательно, чем выше коэффициент теплового расширения, тем больше подверженность искажениям.

Теплопроводность — это мера того, насколько легко тепло может перемещать материал. Если материал имеет высокую теплопроводность, например алюминий, он очень быстро рассеивает тепло. Вот почему мы, как правило, получаем холодный старт при сварке алюминия методом миграции.Материалы с низкой теплопроводностью, например нержавеющая сталь, не так быстро рассеивают тепло. С точки зрения искажения, низкая теплопроводность увеличит вероятность этого. Это происходит из-за повышенного эффекта усадки, вызванного крутым градиентом температуры. Таким образом, более высокая теплопроводность лучше предотвращает искажение.

В таблице ниже показаны механические и физические свойства обычных материалов. Эти цифры предназначены только для сравнения различных материалов, существуют разные значения в зависимости от конкретного сплава, но они дают хорошее представление о том, как подверженность искажениям сравнивается между этими материалами.

Глядя на таблицу выше, неудивительно, что нержавеющая сталь деформирует намного больше, чем углеродистая сталь. Он имеет аналогичный модуль упругости, но гораздо более высокий предел текучести, более высокий коэффициент теплового расширения и значительно более низкую теплопроводность.

Обычно мы не можем позволить себе роскошь выбрать основной материал, который будет использоваться, поэтому знание его подверженности искажениям является ключевым моментом. Это может помочь нам избежать дорогостоящих ошибок и ремонта, которого можно было бы избежать за счет улучшения процедур сварки, лучшего крепления и лучшей конструкции соединений.

Чтобы узнать, как предотвратить искажение, прочтите статью «7 способов борьбы с искажением».

Источники:

Руководство по дуговой сварке, 14-е издание

Семинар Блоджетт по проектированию сварных соединений: стальные конструкции — Lincoln Electric Company

Ресурсы AWS для инженеров — остаточные напряжения и деформации

Тепловые свойства стекла и их роль в дизайне продукции | Копп Гласс

Это первая статья из серии из трех статей, в которой рассматриваются термические, оптические и механические свойства стекла.Мы определим общие свойства стекла и объясним их применение и важность при проектировании компонентов.

Очень важно иметь полное представление о тепловых свойствах стекла при проектировании стеклянной линзы или фильтра. Под воздействием внезапных или даже постепенных изменений температуры стеклянные линзы неправильной конструкции будут работать плохо и даже иногда выходить из строя. Их тепловые свойства определяют, как они будут работать в различных условиях эксплуатации; эта информация поможет вам выбрать состав стекла, который лучше всего подходит для вашего применения и окружающей среды.

Общие значения термических свойств боросиликатного стекла перечислены в таблице ниже. В этой статье мы обсудим эти свойства, а также важные температуры обработки.

Тепловые свойства	Общие значения боросиликатного стекла
Линейное тепловое расширение	α = 30-60 x 10 ^-7 / ° C
Теплопроводность	K = 1 Вт / м ° C
Удельная теплоемкость	C = 800 Дж / кг ° C

Коэффициент линейного теплового расширения

Коэффициент теплового расширения (КТР) — это мера того, насколько изменяется объем при нагревании или охлаждении материала.Он определен

, где V и T — объем и температура, а единицы измерения — 1 / ° C. Для стекол часто обсуждается линейное тепловое расширение. Для изотропных аморфных материалов, таких как стекло, которые имеют небольшие тепловые расширения, линейный коэффициент точно описывается

Приложение:

Если температура применяется к стеклу неравномерно, разные области стекла будут расширяться в разной степени и возникнут внутренние напряжения. Это может привести к разрушению или поломке стекла.

В случаях, когда очки устанавливаются близко к другим материалам, их тепловое расширение должно совпадать. Керамические эмали часто наносят на стеклянные линзы, чтобы блокировать нежелательный свет. КТР эмали должен быть таким же, как у стекла, иначе эмаль потрескается и потрескается. Другой пример, демонстрирующий важность КТР, возникает, когда стеклянная линза плотно вставляется в металлическую арматуру, например, в сценическом освещении. Если не принять во внимание расширение материалов и не будет обеспечено достаточное пространство, стекло может треснуть и разрушиться из-за приложенного напряжения приспособления.

Устойчивость к тепловому удару

Термостойкость стекла указывает на вероятность его разрушения при резком изменении температуры. Он определяется как максимальное изменение температуры (ΔT), которое стекло может выдержать при быстром нагревании или охлаждении. Его можно отнести к другим свойствам стекла по

, где σ — внутреннее напряжение, необходимое для возникновения трещин или разрушения, ν — коэффициент Пуассона, E — модуль Юнга, а α — коэффициент линейного теплового расширения стекла.

Приложение:

Стойкость к тепловому удару часто проверяется путем быстрого охлаждения линз с подогревом, например, путем погружения в ледяную ванну. Этот тип тестирования может указать на способность стеклянных линз выдерживать большие перепады температуры при установке в приложение. Например, стеклянные линзы, используемые с мощным освещением, могут нагреваться во время нанесения и быстро охлаждаться под воздействием дождя, снега или других факторов окружающей среды.В этих динамических условиях критически важно выбрать правильный тип стекла, чтобы обеспечить способность линзы выдерживать термический удар.

Теплопроводность

Теплопроводность показывает, насколько хорошо стекло проводит или передает тепло. Он определяется как

где q — тепловой поток, измеренный в ваттах (или Дж / с), A — площадь поперечного сечения стекла, а dT / dx — температурный градиент, приложенный к стеклу. Хорошие теплопроводники позволяют теплу очень быстро проходить через материал, так же, как хорошие электрические проводники обеспечивают более быстрое движение заряда.

Приложение:

Часто желательно, чтобы стекла имели низкую теплопроводность и действовали как теплоизолятор. Согласно исследованию, проведенному Исследовательским центром освещения, светодиоды, например, лучше работают при более низких температурах и излучают больше света. Если бы светодиодный светильник с регулируемой температурой работал в горячей среде, то использование стеклянной линзы с низкой теплопроводностью в этом приспособлении уменьшило бы тепловой поток через стекло к светодиоду и повысило бы его энергоэффективность.

Удельная теплоемкость

Удельная теплоемкость стекла — это тепло, необходимое для повышения температуры стекла на 1 ° C на единицу веса:

где Q — тепло, m — масса, а T — температура. Если теплопроводность показывает, сколько тепла будет проходить через материал, удельная теплоемкость показывает, насколько быстро тепло повысит температуру стекла.

Приложение:

Удельная теплоемкость стеклянной части может быть важным фактором для приложений, где стекло работает при высоких температурах.Рассмотрим осветительный прибор, в котором используется стеклянная линза с кварцевой галогенной лампой; эти лампы часто работают при высоких температурах, выделяя большое количество тепла. Если линза сконструирована с более низкой удельной теплоемкостью, она быстрее достигнет равновесной температуры и сократит время прогрева системы.

Важные температуры стекла

Обычно существует пять важных температур, которые часто обсуждаются при производстве и дизайне очков.

Точка плавления — это температура, при которой сырье плавится до жидкого состояния.
Рабочая точка — это температура, при которой расплав стекла формуют или формуют.
Дилатометрическая точка размягчения — это температура, при которой стекло начинает деформироваться во время нагревания, при измерении с помощью дилатометра.
Точка отжига — это температура, при которой остаточные напряжения в стекле снижаются в течение нескольких минут.
Точка деформации — это температура, при которой остаточные напряжения в стекле снижаются в течение нескольких часов.

Эти значения обычно приводятся в виде диапазона температур, а не в виде одной точки.

Приложение:

Хорошее знание этих температурных точек очень важно для производителей стекла; это помогает обеспечить эффективность производства, а также высокое качество продукции. Но это также важно для дизайна приложения, чтобы правильное стекло было выбрано для конкретной работы. Если стеклянная линза будет использоваться в среде с высокой температурой, например линза для прожектора, ее точка размягчения должна быть выше, чем рабочая температура света, иначе стекло может потерять желаемую форму.Эти температуры также важны для настройки параметров отжига, отпуска или термоупрочнения стекол.

Температурная зависимость других свойств стекла

Изменение температуры может повлиять на многие другие свойства стекла. Например, цветность или цвет стекла часто зависит от его термической истории. Красный и желтый цвета в стекле обычно развиваются во время производства в процессе, называемом нанесением ударов, когда стекло повторно нагревается и охлаждается для получения определенных цветов за счет реакций окисления, восстановления или осаждения красителей.В некоторых случаях очки могут даже изменить цвет при нормальных условиях эксплуатации, когда очки уравновешиваются с температурой источника света.

Как обсуждалось выше, нагретые стекла расширяются на величину, пропорциональную их коэффициенту теплового расширения. Это изменение объема также может повлиять как на плотность, так и на показатель преломления стекла. Обычно плотность уменьшается по мере увеличения расстояния между ионами в стекле. Однако показатель преломления может увеличиваться или уменьшаться с температурой в зависимости как от изменения расстояния между ионами, так и от изменения электронного облака, окружающего ионы.

Так же, как важно понимать термическую природу стекла для чувствительных к температуре приложений, часто необходимо принимать во внимание пропускание, цветность и показатель преломления стекла при проектировании линз. В следующей статье этой серии будут обсуждаться оптические свойства стекла и то, как эти свойства влияют на пригодность состава для различных применений.

Подробнее о стекле

Чтобы помочь вам разработать более эффективные линзы для очков, мы создали подробную электронную книгу, которая включает более 40 страниц информации о тепловых, оптических и механических свойствах стекла.

Если вы хотите узнать, как разрабатывать стеклянные линзы и компоненты, оптимизированные как для ваших требований к производительности, так и для операционной среды, загрузите нашу бесплатную электронную книгу.

Какие металлы лучше всего проводят тепло? | Металл Супермаркеты

Теплопроводность измеряет способность металла проводить тепло. Это свойство различается в зависимости от типа металла, и его важно учитывать в приложениях, где часто встречаются высокие рабочие температуры.

В чистых металлах теплопроводность остается примерно такой же при повышении температуры. Однако в сплавах теплопроводность увеличивается с температурой.

Какие металлы лучше всего проводят тепло?

Обычные металлы, ранжированные по теплопроводности
Рейтинг	Металл	Теплопроводность [БТЕ / (ч · фут⋅ ° F)]
1	Медь	223
2	Алюминий	118
3	Латунь	64
4	Сталь	17
5	бронза	15

Как видите, из наиболее распространенных металлов медь и алюминий обладают самой высокой теплопроводностью, а сталь и бронза — самой низкой.Теплопроводность — очень важное свойство при выборе металла для конкретного применения. Поскольку медь является отличным проводником тепла, она хороша для теплообменников, радиаторов и даже днища кастрюль. Поскольку сталь плохо проводит тепло, она подходит для использования в высокотемпературных средах, таких как двигатели самолетов.

Вот некоторые важные области применения, для которых требуются металлы, хорошо проводящие тепло:

Теплообменники
Радиаторы
Посуда

Теплообменники

Теплообменник — это обычное применение, где важна хорошая теплопроводность.Теплообменники выполняют свою работу, передавая тепло для достижения нагрева или охлаждения.

Медь — популярный выбор для теплообменников в промышленных объектах, систем кондиционирования воздуха, охлаждения, резервуаров для горячей воды и систем обогрева полов. Его высокая теплопроводность позволяет теплу быстро проходить через него. Медь обладает дополнительными свойствами, желательными для теплообменников, включая устойчивость к коррозии, биологическому обрастанию, нагрузкам и тепловому расширению.

Алюминий также может использоваться в некоторых теплообменниках как более экономичная альтернатива.

Теплообменники обычно используются в следующих ситуациях:

Промышленные объекты

Теплообменники на промышленных объектах включают ископаемые и атомные электростанции, химические заводы, опреснительные установки и морские службы.

В промышленных объектах медно-никелевый сплав используется для изготовления труб теплообменника. Сплав обладает хорошей коррозионной стойкостью, что защищает от коррозии в морской среде. Он также обладает хорошей устойчивостью к биологическому обрастанию, чтобы избежать образования водорослей и морского мха.Алюминиево-латунный сплав имеет аналогичные свойства и может использоваться как альтернатива.

Солнечные системы термального водоснабжения

Солнечные водонагреватели — это экономичный способ нагрева воды, в котором медная трубка используется для передачи солнечной тепловой энергии воде. Медь используется из-за ее высокой теплопроводности, устойчивости к воздушной и водной коррозии и механической прочности.

Газовые водонагреватели

Газо-водяные теплообменники передают тепло, выделяемое газовым топливом, воде.Они распространены в жилых и коммерческих котлах. Для газовых водонагревателей предпочтительным материалом является медь из-за ее высокой теплопроводности и простоты изготовления.

Принудительное воздушное отопление и охлаждение

Тепловые насосы, использующие воздух, давно используются для отопления жилых и коммерческих помещений. Они работают за счет теплообмена воздух-воздух через испарители. Их можно использовать в дровяных печах, котлах и печах. Опять же, медь обычно используется из-за ее высокой теплопроводности.

Радиаторы

Радиаторы — это теплообменник, передающий тепло, генерируемое электронным или механическим устройством, в движущуюся охлаждающую жидкость. Жидкость отводит тепло от устройства, позволяя ему остыть до желаемой температуры. Используются металлы с высокой теплопроводностью.

В компьютерах

радиаторы используются для охлаждения центральных процессоров или графических процессоров. Радиаторы также используются в мощных устройствах, таких как силовые транзисторы, лазеры и светоизлучающие диоды (светодиоды).

Радиаторы предназначены для увеличения площади поверхности, контактирующей с охлаждающей жидкостью.

Алюминиевые сплавы являются наиболее распространенным материалом для теплоотвода. Это потому, что алюминий стоит дешевле меди. Однако медь используется там, где требуется более высокий уровень теплопроводности. В некоторых радиаторах используются комбинированные алюминиевые ребра с медным основанием.

Посуда

Металл с хорошей теплопроводностью чаще используется в быту в посуде. Когда вы разогреваете еду, вы не хотите ждать весь день.Вот почему медь используется для изготовления дна высококачественной посуды, потому что металл быстро проводит тепло и равномерно распределяет его по своей поверхности.

Однако, если у вас ограниченный бюджет, вы можете использовать алюминиевую посуду в качестве альтернативы. Для разогрева еды может потребоваться немного больше времени, но ваш кошелек будет вам благодарен!

Metal Supermarkets — крупнейший в мире поставщик мелкосерийного металла с более чем 85 обычными магазинами в США, Канаде и Великобритании.Мы эксперты по металлу и обеспечиваем качественное обслуживание клиентов и продукцию с 1985 года.

В Metal Supermarkets мы поставляем широкий ассортимент металлов для различных областей применения. В нашем ассортименте: нержавеющая сталь, легированная сталь, оцинкованная сталь, инструментальная сталь, алюминий, латунь, бронза и медь.

Наша горячекатаная и холоднокатаная сталь доступна в широком диапазоне форм, включая пруток, трубы, листы и листы. Мы можем разрезать металл в точном соответствии с вашими требованиями.

Посетите одно из наших 80+ офисов в Северной Америке сегодня.

Свойства углеродного волокна-теплопроводность

Эта статья о теплопроводности находится в стадии разработки. Доступная информация сбивает с толку и иногда противоречит. Я пытаюсь использовать первичные исследования для получения информации, но это тяжелое чтение, и я просто не всегда их понимаю. Новая информация появляется постоянно, как и новые продукты. Наслаждаться!

Углеродное волокно и другие материалы на основе углерода разрабатываются для замены других более традиционных теплопроводных материалов.

Что подразумевается под ТЕРМОПРОВОДИМОСТЬЮ?

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Количественно это определяется законом теплопроводности Фурье:

Когда внутри тела существует температурный градиент, тепловая энергия будет течь из области высокой температуры в область низкой температуры. Это явление известно как теплопроводность и описывается законом Фурье.

Передача тепла через материалы с высокой теплопроводностью происходит с большей скоростью, чем через материалы с низкой теплопроводностью .Другими словами, материалы с высокой проводимостью проводят тепло лучше, чем материалы с высоким тепловым сопротивлением , которые используются в качестве теплоизоляторов.

Единицы теплопроводности

В британских единицах теплопроводность измеряется в БТЕ / (ч · фут · F).

В единицах СИ (Международная система единиц, метрическая система) он измеряется в ваттах на метр кельвин (Вт · м-1 · K-1).

Несколько отраслей промышленности занимаются теплопроводностью и сопротивлением материалов, и для удовлетворения их потребностей были разработаны различные шкалы.Так, строители используют R-value для оценки изоляционных материалов, в то время как швейная промышленность использует togs и clo для определения изоляционных свойств текстиля.

Как отводится тепло?

У неметаллов и металлов разная теплопроводность.

В металлах проводимость в основном обусловлена свободными электронами. По этой причине металлы с высокой электропроводностью также обладают высокой теплопроводностью. Теплопроводность может изменяться при изменении температуры, часто снижаясь при повышении температуры.

Теплопроводность неметаллов в первую очередь обусловлена колебаниями решетки (фононами). За исключением кристаллов высокого качества при низких температурах, особой разницы нет, а теплопроводность остается примерно постоянной.

Сравнение теплопроводности различных материалов.

Единицы измерения в этой таблице: Вт / м * K для проводимости и г / см (3) для плотности.

Примечание. Следующая таблица предназначена только для сравнения. Теплопроводность будет варьироваться в зависимости от химического состава, типов древесины, кристаллической структуры, методов измерения, расположения волокон, температурного градиента, исходных материалов.Он представлен, чтобы показать относительную проводимость материалов. Углеродное волокно в его различных формах настолько изменчиво, что действительно невозможно просто перечислить его без пояснений, поэтому теплопроводность углеродного волокна редко встречается в таблице.

МАТЕРИАЛ	ПРОВОДИМОСТЬ	ПЛОТНОСТЬ
Алюминий	210	2.71
Латунь (70Cu-30Zn)	115	8,5
Медь	398	8.94
Золото	315	19,32
Серебро	428	10,49
Алмаз	2500	3,51
Графит (пиролитический, некоторые плоскости)	300-1500	1.3-1,95
Графен (теоретический)	5020	н / д
Углеродная нанотрубка (теоретическая)	3500	НЕТ
Углеродное волокно	21-180	1,78
MP Мезофазный шаг Углеродное волокно в направлении волокон	500	1,7
Кремний	141	2.33
Эпоксидный	0,5–1,5	1,11-1,4
Углеродное волокно в эпоксидной смоле	5-7 в плоскости .5-8 поперечный	1,11-1,4
Воздух (неподвижный)	0,026	н / д
Стекло	,93	2,3
Утюг	80	6.98
Дерево	,15	0,6
Пенополистирол	.03	н / д
Минеральная вата	. 04	н / д

Вот еще несколько расширенных таблиц теплопроводности: таблица теплопроводности из Википедии, таблица Engineering Toolbox — альтернативы

Я получил цифры для ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО СОБСТВЕННОСТИ
УГЛЕРОДНО-ВОЛОКНО / ЭПОКСИДНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ из диссертации на степень доктора философии Университета Небраски.Перейдите на страницу 128, чтобы увидеть результаты, но посмотрите на процесс. Это хорошая иллюстрация того, какую работу необходимо выполнить для измерения теплопроводности неметаллических композитов.

Что такое графен?

Графен представляет собой плоский монослой атомов углерода, плотно упакованный в двумерную (2D) сотовую решетку (представьте себе миниатюрную структуру из проволочной сетки) и является основным строительным блоком для графитовых материалов. Его можно завернуть в фуллерены (другое название углеродных нанотрубок) или сложить в трехмерный графит.

Графеновая статья от Graphene Industries. Короткая читаемая страница.

Листы графена складываются в графит. Листы графена были произведены недавно и являются предметом интенсивных исследований. Они пока не получили широкого распространения, но скоро появятся в ближайшей к вам отрасли!

ПРИМЕЧАНИЕ. Существует огромное количество статей и исследовательских работ по теплопроводности углеродного волокна, углеродных нанотрубок, графена. Что из этого выходит:

Имеется значительный диапазон измеряемых значений.Он может быть довольно низким в случае композитного углеродного волокна, измеренным по листу, или очень высоким для таких материалов, как пиролитический графит и алмаз.
Углеродное волокно, графит и другие производные углерода сильно различаются в зависимости от измеряемой плоскости. Вдоль волокна проводимость высокая, по отношению к плоскости проводимость сильно снижена.

Чем выше содержание углерода в углеродных волокнах, уровень карбонизации, тем выше теплопроводность.
Углеродные композиты трудно измерить, потому что многое зависит от метода производства, точного состава матрицы, воздуха, расположения волокон, метода измерения, подготовки образцов.
Было проведено несколько экспериментов, в которых теплопроводность углеродных композитов была увеличена путем легирования углеродными нанотрубками и другими материалами на основе углерода.
Поскольку технология не разработана, некоторые из приведенных цифр являются теоретическими и еще не достигнуты.

Зачем нужны термальные материалы на основе углерода?

Какие преимущества использования углеродного волокна, графита и т. Д.

Стабильность размеров

Углеродное волокно имеет преимущество перед медью и другими металлами, поскольку оно имеет очень низкий коэффициент теплового расширения.Когда материал нагревается, он расширяется, а затем снова сжимается при охлаждении. Это может стать серьезной проблемой, когда допуски очень важны. Примерами могут служить оптические системы и микроэлектроника.

Медь имеет коэффициент 16,6 (10-6 м / м K), в то время как углеродное волокно может составлять всего 0. По этой причине медь была объединена с углеродным волокном / графитовыми материалами для создания материала со значительно меньшим коэффициентом линейной термической стойкости. расширение.

Были испытаны алюминий и углерод, но смесь образует гальваническую пару, вызывающую коррозию.Медь — лучший выбор. Коррозия не является проблемой, и фактическая теплопроводность может быть выше, чем у меди, если углеродное волокно сильно графитовое.

Значительно большая теплопроводность

Некоторые графиты и алмазы намного выше меди и серебра. проводимость в 5 раз больше. Обычно стоимость непомерно высока. Графит с высокой проводимостью довольно хрупок, и это является недостатком.

Вес и прочность

Углеродные материалы значительно легче металлов.Углеродное волокно также имеет более высокое соотношение прочности и веса.

Любое углеродное волокно в обычной эпоксидной смоле может подвергаться воздействию температур, которые не повредят эпоксидную матрицу. По этой причине обычные композиты имеют ограниченное применение. Была разработана высокотемпературная эпоксидная смола, но на самом деле она не очень высока. Существуют способы изготовления панелей из углеродного волокна без заделки их в эпоксидную смолу, что значительно расширяет диапазон температур. См. Ссылку на описание характеристик углеродных волокон с высокой термальной проводимостью на боковой панели.

Графит можно использовать в условиях, которые могут повредить обычные материалы. Он обладает высокой устойчивостью к коррозии и хорошими незагрязняющими свойствами. SGL Group предлагает теплообменники из графита

Итак … Углеродное волокно является хорошим проводником тепла?

Как обычно, ответ — «это зависит от обстоятельств». Короткий ответ — НЕТ, только не тогда, когда обычное углеродное волокно состоит из обычной эпоксидной смолы и должно проводить тепло по всей толщине. Если измерять теплопередачу сильно карбонизированного плоского волокна с добавлением графита или алмаза по длине волокна, оно очень хорошее и может конкурировать с медью и превосходить ее.Графит — распространенный материал для теплообменников.

Другие углеродные материалы, такие как алмаз или некоторые графиты, такие как пиролитический графит, имеют звездообразную форму и могут быть в 5 раз лучше меди.

Было проведено исследование по улучшению теплопроводности стекловолоконного композита путем добавления графена. Было отмечено улучшение на 50%. Резюме доступно здесь. Вы также можете заплатить, чтобы прочитать статью полностью.

На Ognition.com есть хорошая статья о графитовых теплообменниках и приложениях.

Графеновые листы и углеродные нанотрубки обладают удивительным потенциалом, но пока еще не получили широкого распространения. Продолжение следует …

, напишите мне, если найдете ошибки, я исправлю их, и мы все выиграем: Кристина

Теплопроводность сетей из углеродных нанотрубок: обзор

Изучение тепловых свойств материалов, в том числе теплопроводности, всегда было сложной задачей из-за множества параметров, которые необходимо учитывать в ходе испытаний. К ним относятся тепловые потери, которые не следует принимать во внимание, чтобы мы могли правильно определить тепловой поток через образец.

Измерения теплопроводности могут проводиться разными методами. Некоторые из них более популярны, например, метод 3-ω, сравнительный метод, метод устойчивого нагрева или метод самонагрева, но некоторые ученые создают свои собственные наборы тестов. Ниже мы представили некоторые из этих методов и кратко описали их, сосредоточив внимание на наиболее важных элементах и различиях.

Методы измерения теплопроводности можно классифицировать в зависимости от способа нагрева.Методы, при которых образец находится в непосредственном контакте с нагревателем, называются методом контактного нагрева. С другой стороны, методы, при которых образец нагревается с использованием излучения, называются методом бесконтактного нагрева. В первую группу входят, среди прочего, 3-ω, болометрический и стационарный методы. Бесконтактные методы включают, среди прочего, лазерный импульсный анализ (LFA), метод термоотражения и рамановскую спектроскопию.

Контактные методы

Метод третьей гармоники

Метод третьей гармоники (метод 3-ω) обычно используется для измерения тепловых свойств объемных материалов и пленок [31,32,33,34,35,36,37 , 38,39], в котором образец нагревается переменным током с частотой ω .При нагревании в образце индуцировалось изменение температуры с частотой 2 ω , а на нагревателе регистрировалось падение напряжения с частотой 3 ω .

На рисунке 4 показана схема измерительной установки (а) и электронная схема экспериментальной установки (б). Экспериментальная установка снабжена запирающейся интегральной схемой в камере, которая изолировала образец от комнатных условий, и подключена к электрической цепи. Очень важный элемент измерительной установки, схема которой представлена на рис.4, представляет собой металлический мост. Это и обогреватель, и градусник. Во время эксперимента используется точно контролируемый источник переменного тока для предотвращения перенапряжения, которое может повредить образец УНТ.

Рис. 4

Перепечатано с разрешения Choi et al. Авторское право (2006) Американское химическое общество. Перепечатано из Yamane et al. с разрешения AIP Publishing

Схема установки метода 3 омега ( a ) [34] и электронная схема экспериментальной установки ( b ) [102].

Мост обычно представляет собой металлическую проволоку из золота [31] или платины [32]. Подавая напряжение, мост генерирует тепло и вызывает колебания разницы температур 2- ω . Создаваемые колебания температуры очень тесно связаны с тепловыми свойствами образца. Кроме того, следует отметить, что электрическое сопротивление металлического моста пропорционально его температуре, и, следовательно, это сопротивление также модулируется с частотой 2- ω .{4} U_ {3 \ omega} A}} $$

(2)

, где R — сопротивление образца между потенциальным электродом, R — температурный градиент сопротивления при заданной температуре, L — расстояние между потенциальными электродами, A — площадь поперечного сечения образца, I — ток переменного тока, U _3ω — сигнал напряжения третьей гармоники.

В этом методе необходимо правильно изготовить тестовые устройства.Слой УНТ помещается на подложку, ограничивающую тепловые потери, обычно кремниевую пластину. Затем под давлением слой УНТ вдавливается в сенсор. Датчик представляет собой многослойный комплект на основе стекла [33] или полимера [31], на котором закреплен металлический мостик, покрытый изоляционным слоем, для изоляции электропроводного моста от образца УНТ. На рис. 5 схематически показан способ приготовления образца [33].

Рисунок 5

Создано на основе Hu et al. [33]

Схема экспериментальной установки в методах 3-ω.

Метод 3-ω часто используется для измерения теплопроводности тонких пленок, таких как пленки УНТ. Этот метод был адаптирован для измерения теплопроводности УНТ и впервые использован Choi et al. [32, 34]. Они провели исследование с использованием двухточечных измерений для одной MWCNT (650 Вт / мК) и сравнили их с результатами для MWCNT, покрытых слоем платины (830 Вт / мК). В следующей публикации они определили значение теплопроводности для одного MWCNT, используя четырехточечное измерение 3-ω.Значение электропроводности составило к = 300 ± 20 Вт / мК. Это на порядок ниже, чем в теоретических рассуждениях для отдельных ОСУНТ, которые авторы объяснили межтрубной дисперсией фононов и негармоническим рассеянием переброса, которое является основным механизмом рассеяния в МУНТ при комнатной температуре. В этом документе были даны рекомендации другим ученым по использованию этого метода для измерения пленок УНТ.

Стационарный метод

Стационарный метод определения термических характеристик, показанный на рис.6а, заключается в измерении перепада температуры образцов, помещенных между нагревателем и радиатором [40, 41]. Метод основан на определении, что теплопроводность — это тепловая энергия, передаваемая через образец длиной L и зависит от поперечного сечения A , разности температур (горячего и холодного конца) в установившемся режиме теплопередачи и описывается используя Формулу (3):

$$ k = \ frac {QL} {A \ Delta T} $$

(3)

, где Q — количество тепловой энергии, протекающей через образец, которое описывается уравнением Q = p — Q _потери где p — приложенная мощность нагрева, а Q _потери — это паразитные потери тепла из-за излучения, теплопроводности и конвекции в окружающую среду. L и A — это параметры образца: длина и площадь поперечного сечения, а Δ T — разница температур между датчиками температуры.

Рисунок 6

Создано на основе Zhao et al. [103]

Схема установившихся измерительных установок a и PTC b .

Измерение относительно несложно [42], но необходимо приложить много усилий, чтобы минимизировать потери тепла. Эффект потери тепла через излучение, тепло, передаваемое через провода термопары и нагревателя, а также влияние тепловых свойств газа, окружающего образец (теплопроводность и конвекция), влияют на ошибку измерения теплопроводности образца.Также учитывается чувствительность измерения термопар при определении Δ T вдоль образца. Вот почему необходимо обеспечить вакуум для измерения, чтобы ограничить влияние теплопроводности и конвекционных потерь, а также применить экранирование для ограничения радиационных потерь.

Из-за относительно простого измерения было разработано несколько вариантов этого метода, например, метод параллельной теплопроводности и установившийся метод с использованием ИК-термометра. В эту группу методов входит также сравнительный метод.

Параллельная теплопроводность (PTC) — это метод одномерного стационарного измерения, отличный от классического одномерного стационарного метода. Электропроводность фона выше, чем в самом образце, и ее необходимо точно определить и вычесть.

Метод особенно полезен для образцов, которые недостаточно жесткие, чтобы поддерживать нагреватели и термометр, поэтому его можно успешно применять в основном для измерения определенных нитей УНТ [43, 44], а также листов УНТ [45, 46 ].На рисунке 6b схематически представлена измерительная установка в методе PTC.

К недостаткам этого метода можно отнести тот факт, что измеряемые образцы должны быть относительно большими — длиной ок. Для пленок или пряжи требуется 80 мм. Одно из преимуществ заключается в том, что можно измерять упругие образцы без жесткости, требуемой классическим стационарным методом.

Стационарный метод с ИК-термометром

Другой вариант установившегося метода отличается от оригинального способом регистрации распределения температуры образца при протекании через образец переменного тока определенной силы тока.Вместо классических термопар для измерения значения Δ T изменения температуры образца в зависимости от его длины можно регистрировать с помощью ИК-термометра [47, 48] или ИК-микроскопа [49]. Затем на основании полученных результатов производятся соответствующие расчеты и определяется значение теплопроводности. Этот метод применяли Чжан [47], Ван [48] и Лю [49].

На рисунке 7 схематически представлена измерительная установка. С помощью серебряной пасты на электроды (медные [48, 49] или алюминиевые [47]) наносится жгут УНТ или вырезанная пленка.Вся измерительная установка размещается на изолирующей подложке (деревянной [47], пластиковой [49] или стеклянной [48]). Измерения проводятся в вакуумной камере, чтобы уменьшить влияние окружающей среды.

Рисунок 7

Перепечатано с разрешения Zhang et al. [47] Авторское право (2012) Американское химическое общество

Схема установки для стационарных измерений с ИК-термометром.

Измерения обеспечили распределение температур по всей длине образца, с максимальной температурой T _м в середине образца.Зная значения приложенного напряжения и сопротивления, а также физические параметры образца, значение теплопроводности можно рассчитать по формуле 4 [48].

$$ k = \ frac {U * I * 1 / 2l} {{4wt (T_ {m} — T_ {o})}} $$

(4)

, где U — напряжение, l — ток , w и t — длина, ширина и толщина образца, а T _o — температура, при которой проводится измерение берется — обычно 300 К.

Сравнительный метод

Измерение теплопроводности с использованием сравнительного метода заключается в измерении снижения температуры на стержне, для которого известна зависимость проводимости от температуры, и на образце. Для проведения измерения образец определенных размеров помещается последовательно с помощью стержня (изготовленного из стандартного материала) с датчиком температуры, как показано на рис. 8. Нагреватель нагревает горячий конец и создает тепловой поток. через образец и стержень из эталонного материала к холодному концу.Теплопроводность может быть рассчитана на основе значений температуры вдоль образца и стержня при нагревании. Вся установка откалибрована на основе стандартов с известной температурно-зависимой теплопроводностью, необходимой для расчета теплопроводности образца, описываемой формулой 5 [41].

$$ k = k _ {\ text {r}} \ frac {{\ Delta T _ {\ text {r}}}} {{\ Delta T _ {\ text {s}}}} \ frac {{\ Delta z _ {\ text {s}}}} {{\ Delta z _ {\ text {r}}}} $$

(5)

, где k и k _r — теплопроводность образца и эталонного материала, Δ T _s и Δ T _r — разница температур в образце и эталоне. материала, Δ z _s и Δ z _r — это расстояние датчика в образце и в контрольном материале.

Рис. 8

Создано на основе Brütting et al. [104]

Схема установки сравнительного метода измерений.

Метод горячего диска

Метод нестационарного планарного источника, также называемый методом горячего диска, подходит для измерения теплопроводности тонких образцов, таких как пленки УНТ. В этом методе изолированный датчик располагается между двумя идентичными частями образца и одновременно представляет собой источник тепла и термометр. Теплопроводность описывается формулой 6.{{{\ raise0.7ex \ hbox {$ 3 $} \! \ mathord {\ left / {\ vphantom {3 2}} \ right. \ kern-0pt} \! \ lower0.7ex \ hbox {$ 2 $}} }} rK}} D \ left (\ tau \ right) $$

(6)

, где α — коэффициент температуропроводности, tm — время измерения переходного процесса, r — радиус датчика, P — входная мощность нагрева и D (τ) — функция Бесселя [8]. Время и входная мощность выбираются таким образом, чтобы тепловой поток находился в пределах границ образца и чтобы на внешние границы образца не влияло повышение температуры сенсора.

Бесконтактные методы

Метод частотной области

Метод частотной области — это группа методов измерения, в том числе согласно Abad et al. [54], среди прочего, анализ лазерной вспышки, метод термоотражения и фототермический метод. Все варианты этого метода основаны на нагреве образца лазерным лучом с модулированной частотой и регистрации тепловых волн и периодического распределения температуры. Кроме того, этот метод зависит от соотношения между температуропроводностью и частотой модуляции лазера, как описано Формулой 7.

$$ \ mu = \ sqrt {\ frac {\ alpha} {\ pi f}} $$

(7)

, где µ — глубина термического проникновения, α — коэффициент температуропроводности и f — частота модуляции.

Анализ лазерной вспышки (LFA), также называемый методом лазерной вспышки, был впервые описан Parker et al. [50]. Этот метод позволяет определять коэффициент температуропроводности материала. Измерение заключается в облучении одной стороны образца импульсной лампой, обычно ксеноновой, и одновременном измерении изменения температуры на другой стороне образца с помощью ИК-детектора.Схема измерения представлена на Рис. 9.

Рис. 9

Перепечатано из An et al. [105] с разрешения Elsevier

Схема установки для измерения LFA.

График зависимости температуры тыльной стороны от времени. Значение температуропроводности обычно определяется путем подгонки данных к различным моделям с учетом граничных условий измерительной установки.

Этот метод описывается с использованием следующей формулы 8.

$$ \ alpha_ {0.{2} t_ {0.5}}} $$

(8)

, где t _0,5 — время, в течение которого задняя часть образца достигает полувысоты при повышении температуры, α _0,5 — рассчитанный коэффициент температуропроводности с использованием t _0,5, а l — толщина образца.

Уравнение основано на следующих предположениях:

1.
тепловой поток одномерный;
2.
поглощение энергии происходит мгновенно, поскольку ширина импульса падающего лазера ничтожна по сравнению с характерной длительностью прохождения теплового потока через образец,
3.
лазер не проникает внутрь образца,
4.
измеренных параметра (α и Cp) сильно зависят от температуры,
5.
поверхности образцов имеют незначительные тепловые потери.

Метод термоотражения (также называемый фазочувствительным переходным методом термоотражения PSTTR) был впервые описан Ohsone et al.[51] для твердых образцов. Этот метод заключается в облучении образца на поверхности мощным лазером, который вызывает периодические колебания температуры. Другой лазер меньшей мощности облучает образец напрямую. Интенсивность отраженного сигнала и его фаза зависят от тепловых свойств образца и могут применяться для определения этих свойств, включая теплопроводность и теплопроводность материала. На рисунке 10 представлена схема экспериментального массива PSTTR.

Рисунок 10

Создано на основе Panzer et al. [54]

Схема массива измерений PSTTR.

Образцы для измерения теплопроводности с использованием PSTTR готовятся путем осаждения вертикально ориентированной УНТ на кремниевую пластину с использованием метода CVD и последующего покрытия образца верхней поверхностью.

В этом методе, чтобы иметь возможность измерить образец, необходимо очень тщательно подготовить набор для измерения. По этой причине этот метод эффективно используется для оценки теплопроводности массивов, содержащих слой УНТ, который потенциально может быть применен в качестве ТИМ, поскольку, измеряя систему, мы узнаем ее общие характеристики, а не только характеристики углеродного слоя.

Техника также использовалась Тонгом и др. [52, 53]. Они провели измерения для трех образцов массива MWCNT, полученных на кремниевой пластине в ходе химического осаждения из паровой фазы, с использованием этилена в качестве прекурсора в сочетании с Fe-катализатором. В своем исследовании, используя серию по-разному приготовленных образцов, они проверили, как верхняя поверхность влияет на результирующие значения теплопроводности. Первые образцы были приготовлены без верхней поверхности, а нагревательный лазер поглощался непосредственно на верхней поверхности MWCNT.Второй образец был получен с верхней поверхностью из стеклянной пластины, а последний включал поверхность из слоя индия, который термически сваривал MWCNT на стекле. Было замечено, что значение теплопроводности без верхнего поверхностного слоя (244 Вт / мК) ниже, чем в случае массивов с этим слоем (265 Вт / мК и 267 Вт / мК). Кроме того, тип слоя мало влияет на проводимость.

Panzer et al. [54] провели измерения массива Al / Pd / CNT / SiO ₂ / Si.Они получили скромные значения к для УНТ (около 8 Вт / мК). Они объяснили это, представив модель переноса тепла в массиве с вертикально ориентированными УНТ на кремниевых пластинах, покрытых верхней поверхностью (рис. 11). Они также предложили простую геометрическую модель неполного теплового контакта УНТ – металл. Принимая во внимание различную длину УНТ и шероховатость пленки, можно обнаружить, что только некоторые УНТ принимают эффективное участие в переносе тепла, в то же время обеспечивая сопротивление остальным нанотрубкам.

Рисунок 11

Создано на основе Panzer et al. [54]

Диаграмма теплопроводности слоистых образцов металлизированных УНТ.

Проведенное исследование показало, что метод термоотражения эффективен для измерения проводимости слоистых массивов, содержащих углеродные нанотрубки, но для получения достоверных результатов необходимо правильно подготовить измерительный массив. В таблице 2 приведены результаты измерения теплопроводности методом термоотражения.

Таблица 2 Теплопроводность слоистых массивов со слоем УНТ

Фототермический метод был предложен Wang et al. [58] для термического анализа образцов сильно ориентированных МУНТ. Правильно приготовленный образец позволяет определить теплопроводность слоя УНТ, а также определить сопротивление термического контакта между УНТ и подложкой. Образец, анализируемый во время измерения, состоит из трех слоев. Тонкая пленка Cr на кремнии, а затем на нее наносится vaMWCNT.Подложка представляет собой кремниевую пластину из-за ее слабого поглощения инфракрасного лазерного луча и из-за того, что она прозрачна для теплового излучения слоя Cr. Структура образца представлена на рис. 12. Набор образцов облучался с тыльной стороны (со стороны кремниевой пластины), и луч вызывал прямой нагрев слоя Cr и индуцировал изменение температуры на поверхности Cr. Теплопроводность вдоль УНТ тесно связана с изменениями температуры, которые чувствительны к измеренному тепловому излучению.Измеренное значение теплопроводности в осевом направлении vaMWCNT составило 0,145 Вт / мК для всей пленки и 27,3 Вт / мК для отдельной нанотрубки в этой пленке [58].

Рисунок 12

Перепечатано из Wang et al. [58], с разрешения AIP Publishing

Схема связи образца и лазерного луча в фототермической технике.

Рамановская спектроскопия

Впервые рамановская спектроскопия была использована для измерения теплопроводности материалов (в данном случае пористого кремния) Perichon et al.[60]. Облучаемый материал обладает способностью к упругому или неупругому рассеянию. Если энергия отраженного света меньше, это называется стоксовым комбинационным рассеянием, а если выше — антистоксовым комбинационным рассеянием света, и данные сдвиги характерны для данного типа материала. Температуру поверхности в месте, нагретом лазером, можно измерить одним из двух способов: во-первых, исследуя стоксов сдвиг как функцию температуры, а во-вторых, исследуя соотношение интенсивности стоксовых и антистоксовых пиков, но это более трудный способ. измерять.

Поскольку стоксовы пики и антистоксовы пики типичны для данного измерения, анализируя их сдвиги, можно определить изменение температуры поверхности образца и использовать эти данные для определения значения теплопроводности на основе следующее соотношение (Формула 9) [61]:

$$ k = \ frac {A * P} {{l (T _ {\ text {Raman}} — T _ {\ sin k})}} $$

(9)

, где A — поперечное сечение образца, l — длина образца, P — мощность лазера, T _Раман — измеренная температура и T _сток — температура радиатора.

В случае анализа образцов УНТ, заметный пик наблюдался при прибл. 1590 см ⁻¹ при комнатной температуре, так называемый G-диапазон. Этот сигнал появляется во всех углеродных материалах, которые содержат sp ² связей. Для ОСУНТ G-диапазон фактически может быть деконволюционирован на несколько отдельных пиков. В рамановском спектре УНТ могут наблюдаться сигналы G + и G-, но интенсивность G + намного выше, чем у G-, поэтому этот сигнал используется для анализа спектра.На рисунке 13 представлен спектр с отмеченным пиком G + и его видимым сдвигом с температурой для образца УНТ [62].

Рисунок 13

По материалам Sahoo et al. [62]. Печатается с разрешения. Copyright (2014) Американское химическое общество

Рамановские спектры УНТ со смещенным пиком G +.

Образцы обычно измеряют в термостатированной вакуумной камере. Такие условия обеспечивают ограниченное рассеяние тепла, поэтому энергия лазера в основном используется для локального нагрева образца.При уменьшении мощности лазера изменяется локальная температура образца. К основным преимуществам этого метода можно отнести то, что измерение является бесконтактным; он не повреждает образец и не требует специальной подготовки. Кроме того, этот метод обеспечивает субмикронное разрешение, поэтому он хорошо подходит для измерения наноструктур.

Первые попытки измерить теплопроводность УНТ с помощью рамановской спектроскопии были предприняты Ли и др. [63], которые использовали его для измерения тепловых свойств отдельных ОСУНТ и МУНТ и получили 2400 и 1400 Вт / мК соответственно.

Болометрический метод

Болометрический метод измерения тепловых свойств тонких (<100 нм) полупрозрачных пленок ОУНТ массой нанограмм был использован Иткисом и др. [64]. ИК-излучение использовалось в качестве источника нагрева и создавало треугольный профиль температуры вдоль образца ОСУНТ. В этом методе образец также является термометром. Образец подвешивается через открывающееся сапфировое кольцо с использованием пасты Ag, которая обеспечивает эффективный теплоотвод. Комплект помещается в криостатическую камеру под давлением <0.1 мТорр. Болометр используется для измерения фотоотклика образца на ИК-излучение. Теплопроводность в этом методе описывается формулой 10:

$$ k = \ frac {{P _ {\ text {abs}}}} {\ Delta T} * \ frac {L} {8A} $$

(10)

, где P _абс. — мощность поглощенного ИК-излучения, L — длина и A — площадь поперечного сечения пленки ОСУНТ.

Теплопроводность сетей УНТ

Влияние общих характеристик ансамблей УНТ

Комплексное исследование, проведенное Алиевым и др.[35, 36] оказали существенное влияние на понимание влияния структуры и упорядочения нанотрубок в материалах. Они использовали технику 3-ω для проведения измерений для листов MWCNT разной длины образцов при разных температурах и разном количестве слоев [35] и для различных наборов CNT [36] — одиночных MWCNT, связанных MWCNT и выровненных и отдельно стоящих листов MWCNT. На рисунке 14а представлены результаты для трех типов образцов листов MWCNT разной длины: 7,6 мм, 5,4 мм и 0,37 мм, которые были отмечены красными, зелеными и синими открытыми точками соответственно.Результаты экспериментов показали, что до 150 K длина листов MWCNT не имеет значения для значения теплопроводности, что, вероятно, связано с большим уменьшением излучения. Выше 150 К было обнаружено, что значения проводимости выше для гораздо более длинных образцов, чем для коротких (рис. 6а). Они также измерили значение проводимости вдоль и поперек полученной пленки длиной 0,37 мм при температуре 295 К и получили значения на уровне 50 Вт / мК и 2.1 Вт / мК соответственно. В многослойных системах они наблюдали ухудшение теплопроводности в результате увеличения количества слоев, что представлено на рис. 14б [35]. Они объяснили низкую теплопроводность листов MWCNT двумя факторами: внутренними дефектами соответствующих нанотрубок и рассеянием на границах фононов в жгутах, составляющих основу листов MWCNT.

Рисунок 14

Перепечатано из Алиева и др. [35], с разрешения Elsevier

Теплопроводность листов УНТ зависит от длины ( a ) и количества слоев ( b ).

В своей следующей статье они сосредоточились на системах, содержащих по-разному ориентированные MWCNT — одиночные, связанные и листы. Кроме того, они предложили модель теплового потока через границу раздела труба-труба. Когда две нанотрубки находятся на расстоянии сил Ван-дер-Ваальса, тепло передается от самой внешней оболочки УНТ 1 к самой внешней оболочке УНТ 2 вдоль УНТ 2, а затем на УНТ 3 и так далее. Эта концепция была графически отображена в исследовании Qiu et al. [37]. На рисунке 15а представлена схема теплообмена между оболочками соседних нанотрубок, а на рис.15b показаны схемы термического сопротивления в виде электрических схем замещения резисторов.

Рисунок 15

Перепечатано из Qiu et al. [37] с разрешения журнала Nature Research Journal

Схема переноса фононов между соседними нанотрубками.

Было высказано предположение, что MWCNT лучше, чем SWCNT по теплопроводности, потому что увеличение диаметра нанотрубок сопровождается большим количеством оптических фононных мод, которые могут подвергаться возбуждению и вносить вклад в теплопроводность.В случае появления дефекта в структуре ОСНТ его влияние на свойства проводимости намного сильнее, чем в случае МУНТ. Это связано с тем, что в MWCNT соседняя оболочка может создавать новые дополнительные каналы для фононов, что невозможно в SWCNT.

В своем исследовании [36] они получили следующие значения теплопроводности для одиночных MWCNT, связанных MWCNT и пленки MWCNT: 600, 150 и 50 Вт / мК соответственно. Низкую теплопроводность можно объяснить низким структурным качеством МУНТ, полученных методом CVD.Экспериментально они доказали, что связывание снижает теплопроводность. Кроме того, теплопроводность жгута УНТ и пленки УНТ намного ниже, чем у одиночной нанотрубки, что является следствием гораздо более плохой передачи энергии между трубками, что, в свою очередь, является результатом небольших площадей соединительной поверхности цилиндрических трубок и плохой передачи. фононов. Кроме того, они подсчитали, что лучшая теплопроводность в длинных связках УНТ появляется, когда отдельные нанотрубки перекрываются всего на 2–3%.

Термические свойства нанотрубок сильно зависят от параметров синтеза. Процесс синтеза влияет на тип (SWCNT, DWCNT или MWCNT), количество дефектов в кристаллической решетке, а также на загрязняющие вещества, присутствующие в материале. Исследования влияния условий синтеза и примесей на термические свойства пленок УНТ были проведены Ивановым и соавт. [65] и Gspann et al. [46]. Они заявили, что условия синтеза можно использовать для управления физическими параметрами нанотрубок и степенью кристалличности, а также для уменьшения количества загрязняющих веществ в пленке, которые оказывают негативное влияние на тепловую и электрическую проводимость, поскольку они нарушают контакт между пучками.

На теплопроводность нанотрубок также влияет присутствие других нанотрубок в непосредственной близости от них. Проведенные экспериментальные исследования подтверждают приведенные выше теоретические расчеты (часть 3). В случае УНТ увеличение размера жгута снижает теплопроводность [66]. Это связано с повышенной скоростью рассеяния на соседних УНТ. Более того, были проведены исследования, которые показали, что жгут УНТ характеризуется более высокими значениями теплопроводности, чем пленки, что является следствием того, что в жгутах нанотрубки в основном параллельны, а в пленках дополнительно появляется поперечная структура, имеющая отрицательное влияние на проводимость фононов.

Yoshida et al. [67] исследовали влияние наложения нескольких пленок и изменение анизотропных свойств таких систем. Они заметили, что увеличение количества пленок вызывает уменьшение анизотропии и увеличение теплопроводности.

В таблице 3 приведены результаты измерений для различных систем на основе УНТ.

Таблица 3 Влияние общих характеристик ансамблей УНТ

Влияние температуры

Для измерения влияния температуры на теплопроводность обычно применяются различные методы.Некоторые из них больше подходят для измерений при более низких температурах — ниже 275 К, например, сравнительные методы и PTC. Другие, из-за метода измерения, например, необходимость облучения образца лазером, лучше работают при измерениях теплопроводности при температурах выше комнатной. К ним относятся LFA и измерение проводимости с помощью рамановской спектроскопии.

Чтобы правильно понять влияние температуры на теплопроводность сетей углеродных нанотрубок, сначала необходимо исследовать одиночную нанотрубку.В диапазонах самых низких температур, близких к абсолютному нулю, теплопроводность линейно увеличивается с увеличением температуры, а перенос тепла является баллистическим [70]. При дальнейшем повышении температуры теплопроводность начинает опосредоваться дополнительными фононными модами, и теплопроводность возрастает до максимального значения (часто близкого к комнатной температуре [6, 22]). Затем с повышением температуры преобладают процессы рассеяния фотонов [10], снижающие теплопроводность.

В литературе есть многочисленные ссылки на исследования теплопроводности различных сеток УНТ: пленок, бумажных пакетов или связанных УНТ в зависимости от температуры. Исследование, проведенное Hone et al, Gonnet et al. и Pöhls et al. продемонстрировал, что пленки, полученные из УНТ, демонстрируют увеличение теплопроводности вместе с повышением температуры от около 0 К до около комнатной температуры, чего можно было ожидать при изучении изменений теплопроводности для одиночной нанотрубки.Hone et al. [12] были первыми исследователями, которые определили взаимосвязь между теплопроводностью и температурой матов высокой чистоты из спутанных однослойных углеродных нанотрубок. Они отметили, что теплопроводность плавно снижалась от 210 до почти 0 Вт / мК при понижении температуры в диапазоне от 350 К до ниже 40 К соответственно.

Вторая группа исследований, встречающихся в литературе, включает измерения, проведенные от комнатной температуры и выше. Hu et al. [33] провели исследование слоя vaCNT при двух различных температурах с использованием метода 3-ω.Они наблюдали рост теплопроводности с 74 Вт / мК (для комнатной температуры) до 83 Вт / мК (для температуры 323 К).

В последующем исследовании Zhang et al. В работе [71] проанализировано изменение значения теплопроводности при различных температурах объемных МУНТ, отожженных при 1600 ° C. Они заметили, что максимальный пик имел место при температуре 900 К, когда значение теплопроводности составляло 4,9 Вт / мК, а выше этой температуры проводимость начинала уменьшаться.

Исследования теплопроводности пленки SWCNT и определение температуры, при которой она достигает максимального значения, были выполнены Duzynska и Zdrojek et al.[72,73,74]. Они получили пленку ОСУНТ, а затем исследовали влияние повышенной температуры на изменения теплопроводности с помощью рамановской спектроскопии. Из их исследования следует, что теплопроводность снизилась с 26,4 до 9,2 Вт / мК в диапазоне температур от 300 до 450 К. Кроме того, они наблюдали плато с уровня 410 К. Они объяснили уменьшение значения проводимости в пленке ОСУНТ. за счет усиления процессов рассеяния фононов высших порядков с ростом температуры. В таблице 4 приведены результаты исследования зависимости теплопроводности от температуры, имеющиеся в литературе.

Таблица 4 Влияние температуры на теплопроводность сетей УНТ

Влияние плотности

Удельная плотность и плотность упаковки УНТ в пленке оказывают значительное влияние на значение теплопроводности сетей УНТ. Увеличение теплопроводности связано с увеличением числа спаев, что способствует переносу тепла внутри образца. В литературе представлены различные способы увеличения плотности систем из УНТ.Первый заключается в отжиге образца, повышающем его упорядоченность и кристалличность ( подробно описывается в следующем подразделе ). Другие методы заключаются в механическом увеличении упаковки УНТ в пленку, например, путем их прессования с использованием различных давлений. В таблице 5 приведены результаты исследования теплопроводности в зависимости от плотности образцов.

Таблица 5 Влияние плотности

Prasher et al. [26, 79] исследовали влияние плотности в системах толстой бумаги, где SWCNT ориентированы случайным образом.На основе формулы (1) они использовали математическое моделирование для определения теоретической стоимости своих материалов. Кроме того, они отметили, что это было на порядок больше, чем экспериментальные результаты, представленные в таблице 5.

Zhang et al. В работе [47] исследовано влияние плотности упаковки УНТ в бумагу с покрытием на величину теплопроводности. В своей работе они использовали разные давления в диапазоне от 20 до 30 МПа для того, чтобы прижать образец. Плотность образцов находилась в пределах 0.От 8 до 1,39 г / см ³. Авторы подчеркнули, что наивысшее значение плотности образца, упакованного при самом высоком давлении, очень похоже на «предельную плотность 1,58 идеальных листов бумаги, рассчитанную по простой модели гексагональной плотной упаковки». Электропроводность измерялась стационарными методами, и наблюдалось увеличение с 472 до 766 Вт / мК. Исследование подтвердило, что теплопроводность увеличивается с увеличением плотности, что является результатом более высокой упаковки УНТ в образце, что, в свою очередь, приводит к более быстрой термической перколяции.

Стационарный метод также использовался Pöhls et al. [45] для исследования УНТ, полученных с помощью метода водного CVD. Коэффициент теплопроводности этого образца составил 3,0 Вт / мК при комнатной температуре. Авторы связали низкое значение проводимости с низкой плотностью массы.

Itkis et al. [64] применили болометрический метод для определения влияния метода подготовки пленки на термические свойства конечного продукта. Были получены пленки УНТ двух типов. Первый был получен в результате самоорганизации нанотрубок на решетке из нержавеющей стали с использованием процесса электродугового разряда.(Название образца — пленка SWCNT.) Во втором методе они получали пленку с помощью вакуумной фильтрации из дисперсии SWCNT. (Название образца было pSWCNT.) Что касается метода приготовления, первая пленка продемонстрировала меньшую плотность упаковки, чем вторая. Толщина образцов aSWCNT и pSWCNT составляла 35 и 100 нм, а значения теплопроводности — 75 и 30 Вт / мК. В обеих пленках наблюдалось монотонное увеличение теплопроводности с температурой. В случае пленочной сетки aSWCNT переходы характеризовались более слабым контактом, чем в pSWCNT, поэтому теплопроводность была ниже.

Kong et al. [31, 39] проанализировали трехмерную сеть углеродных нанотрубок, состоящую из vaCNTs, соединенных мостиком со случайно ориентированными вторичными CNT. Эта трехмерная структура была получена в два этапа. Сначала были созданы первичные ваУНТ, а затем на эти УНТ были нанесены частицы Ni. Частицы Ni выступили в качестве катализатора и инициировали создание вторичных УНТ в последующем синтезе. В своих исследованиях они определили влияние структуры сети на значение теплопроводности, используя метод 3-ω на основе автономных датчиков.В результате разработки вторичных УНТ для 3D-системы с плотностью массива 5,6 × 10 ⁸ УНТ / см ² теплопроводность улучшилась более чем на 55% с 9,3 до 19,8 Вт / мК. Однако, когда плотность массива увеличилась до 7,2 × 10 ⁸ УНТ / см ², присутствие вторичных УНТ ухудшило теплопроводность по сравнению с первичным массивом УНТ. Это явление объяснялось повышенной плотностью дефектов и слишком большим размером труба – труба.

Влияние отжига

Процесс получения и очистки УНТ существенно влияет на их свойства.Одним из основных факторов, влияющих на эти свойства, является процесс отжига конечного продукта, поскольку он удаляет загрязнения из материала, влияет на его внутреннюю упорядоченность и уменьшает количество дефектов в структуре и, кроме того, изменяет плотность, эффект который был описан выше. Исследование, проведенное Hone et al. [18, 75], Lin et al. [80] и Zhang et al. [71, 81] демонстрируют положительное влияние отжига на теплопроводность УНТ.

Hone et al.В [18, 75] были получены пленки из ОСУНТ, которые были ориентированы в магнитном поле и подвергнуты вакуумному отжигу при 1200 ° C. Этот фильм сравнивали с неотожженным фильмом. Они объяснили улучшение теплопроводности удалением с УНТ кислотных примесей, которые изменили механизм проводимости.

Используя LFA, Lin et al. [80] продемонстрировали, что низкая величина дефектов в одиночных нанотрубках приводит к увеличению теплопроводности и что процесс отжига влияет на степень упорядочения и уменьшение количества имеющихся дефектов.Кроме того, они обнаружили, что жгуты УНТ имеют более низкое значение теплопроводности, потому что взаимодействие трубка-трубка снижает эффективную теплопроводность отдельной УНТ.

В других работах Zhang et al. В [71, 81] описаны объемные МУНТ, полученные методом химического осаждения из паровой фазы разложением пропилена и водорода на никелевом катализаторе. После очистки полученные нанотрубки подвергались отжигу при различных температурах (1600 ° C, 1800 ° C, 2000 ° C). Они проанализировали [81] изменение структуры объемных МУНТ после отжига и обнаружили, что чем выше температура отжига, тем выше плотность, вплоть до 1.45 г / см ³ для температуры 2000 ° C. Измерения теплофизических свойств дискообразных образцов МУНТ показали, что увеличение температуры отжига, т. Е. Плотности, приводит к увеличению значения теплопроводности с 2,8 до 4,2 Вт / мК и температуропроводности. Влияние отжига на изменение внутреннего упорядочения и увеличение плотности УНТ в сетках, а также его связь с увеличением теплопроводности также было представлено Yang et al.[82] и Иванов и др. [65]. Ян и др. [82] получили булочки из МУНТ, синтезированных методом CVD в присутствии Fe-катализатора. Затем они спекали расклеивающиеся бумаги при различных температурах от 500 до 1500 ° C в вакууме. Они заметили, что значение теплопроводности клеящих бумаг меняется с увеличением температуры спекания от 1,5 до 10,5 Вт / мК. В своем исследовании Иванов и соавт. В [65] зафиксировано увеличение теплопроводности vaCNT до 400% после отжига при 2800 ° C, что еще раз демонстрирует, насколько важно избегать дефектов в материале.

Результаты вышеупомянутых исследований представлены в таблице 6.

Таблица 6 Влияние отжига на теплопроводность

Влияние направления измерения и выравнивания

Направление измерения с учетом направления УНТ в Образец также имеет значение, поскольку теплопроводность происходит вдоль УНТ, а не поперек них. Некоторые методы измерения, такие как LFA, основаны на приближении, что тепловой поток является однонаправленным [80].Это предположение было использовано Ли и др. [8] для измерения проводимости между плоскостями. В своих работах они также измеряли теплопроводность в плоскости с помощью метода горячего диска. Аналогичное исследование было проведено Misak et al. [83], но они провели измерения в плоскости, используя LFA, и измерения вне плоскости, используя метод горячего диска. Такой подход к обсуждению теплопроводности УНТ продемонстрировал, что в зависимости от направления измерения значения могут значительно отличаться и что, хотя материал является проводником в одном направлении, он может быть пограничным полупроводником / изолятором в другом.В обеих работах авторы показали, что теплопроводность в плоскости значительно выше, чем в плоскости. Измерение в плоскости составило 25 Вт / мК [83] и 150 Вт / мК [8], в то время как теплопроводность вне плоскости имеет одинаковое значение в обеих статьях: 0,1 Вт / мК.

Влияние направления измерения на значение теплопроводности было также указано Qiu et al. Затем они измерили значения теплопроводности для всех трех направлений: x — направление плоскости, y — поперек образца и z — в направлении толщины, что составило, соответственно, 127 Вт / мК, 42 Вт. / мК и 4 Вт / мК.Они также предположили, что haCNT заказываются более постоянно, чем Bucky paper или мат из CNT. Кроме того, они заметили, что изменение ориентации УНТ с вертикальной на горизонтальную улучшает теплопроводность в плоскости и снижает общее тепловое контактное сопротивление для haCNT.

Из проведенных исследований следует, что пленки из УНТ обладают свойствами анизотропных материалов. Величина теплопроводности вдоль УНТ намного выше, иногда даже на четыре порядка, чем в других направлениях.Эти обсуждения привели к исследованию влияния магнитного поля на упорядочение УНТ в пленках и, таким образом, к улучшению теплопроводности материалов. Такие работы описаны Fisher et al. [84] и Gonnet et al. [77]. Они использовали ОСУНТ для получения матов в магнитном поле величиной 7 и 26 Тл (группа Фишера) и 17,3 Тл (группа Гонне). Как и раньше, они продемонстрировали, что упорядочение углеродных нанотрубок с помощью магнитного поля значительно улучшает их теплопроводность.Результаты исследования приведены в таблице 7.

Таблица 7 Влияние направления измерения и выравнивания

УНТ в пленке можно также заказать механически. Одно из таких решений было предложено Wang et al. [48], которые получили лист бакайбумаги с выровненными УНТ с помощью так называемого метода выталкивания домино, который продемонстрировал хорошую теплопроводность 153 Вт / мК (параллельно) и 72 Вт / мК (поперечное направление).

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Что такое теплопроводность?

Что влияет на величину теплопроводности?

Применение показателя теплопроводности на практике

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

Теплопроводность чем меньше тем лучше

Основные характеристики теплоизоляционных материалов

Сравнение характеристик популярных утеплителей

Пенопласт (пенополистирол)

Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)

Базальтовая вата

Минеральная вата

Пенофол, изолон (фольгированный теплоизолятор из полиэтилена)

Чувствительность к влаге

Плотность и теплоемкость

Коэффициент сопротивления

Теплопроводность основных видов утеплителей

Преимущества и недостатки различной теплоизоляции

Сравнение самых современных вариантов

Сравнение ватных материалов

Сыпучие и органические материалы

Что такое теплопроводность?

Роль коэффициента теплопроводности при принятии архитектурно-строительного решения

Конструкционные материалы и их теплопроводность

Бетон

Железобетон

Керамзитобетон

Газобетон

Пенобетон

Саманный кирпич

Керамический кирпич

Силикатный кирпич

Дерево

Утеплители и их теплопроводность

Пенопласт

Пенополистирол

Минеральная вата

Стекловата

Базальтовая (каменная) вата

Эковата

Видео о характеристиках теплоизоляционных материалов

Теплопроводность строительных материалов — таблица утеплителей, сравнение

Что такое теплопроводность?

Основные характеристики утеплителей

Что влияет на величину теплопроводности?

Монтаж и эффективность в эксплуатации

Применение показателя теплопроводности на практике

Сравнение с помощью таблицы

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

Сравнение паропроницаемости утеплителей

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Обзор гигроскопичности теплоизоляции

Разновидности и описание

Особенности применения

Если задумано индивидуальное строительство

Сравнение основных показателей

Какая теплопроводность газобетона — определяем толщину стены

Влияние влаги на теплопроводность газобетона

Теплопроводность и тепловое сопротивление

Теплопроводность кирпича и коэффициент теплопроводности

Что такое теплопроводность?

Показатели теплопроводности строительных материалов

Что влияет на коэффициент теплопроводности?

Виды кирпича и их теплопроводность

Рекомендации » Что такое утеплитель

Сравнение теплопроводности материалов

Сравнение утеплителей по теплопроводности и по плотности материалов

Основные характеристики утеплителей

Сравнение популярных утеплителей

Сравнение с помощью таблицы

Таблица теплопроводности строительных материалов. Характеристики и сравнение строительных материалов :

Идеальный теплый дом

Понятие теплопроводности

Коэффициент теплопроводности

Определение потерь тепла

Пример расчета потерь тепла

Материалы для внешних стен

Утеплители для стен