Штукатурка теплопроводность: Теплопроводность штукатурки и коэффициент: гипсовой, декоративной, цементной

10.04.2023

0 Comment

Содержание

Теплопроводность штукатурки и коэффициент: гипсовой, декоративной, цементной

Отделочный материал, применяемый при наружных и внутренних работах, при капитальном строительстве и в косметическом ремонте – это штукатурка. Ее особенности зависят от вида, а их достаточно много, так как в смесь добавляются различные элементы, которые могут повышать ее основные качества либо добавлять эстетики покрытию. Посмотрим на некоторые виды, а также определимся, что такое теплопроводность штукатурки и какой показатель у различных типов материала.

Декоративная штукатурка

Определение

Теплопроводностью материала называют перенос внутренней энергии от более нагретых частей к менее нагретым. Механизм переноса тепла отличается в зависимости от агрегатного состояния вещества, а также распределения температур по поверхности материала. Иными словами, способность тела проводить тепло — и есть теплопроводность. Определяется она количеством теплоты, которое способно проходить через определенную толщину материала, на определенном участке за обозначенное время (естественно, для удобства расчетов все показатели равны единице). Но штукатурки отличаются слоем нанесения — значит и показатель будет другим

Виды и теплопроводность

Естественно, теплопроводность цементно-песчаной штукатурки для внешних работ будет отличной, чем теплопроводность декоративной штукатурки. Поэтому более подробно посмотрим на общие особенности некоторых видов.

Цементно-песчаная

В зависимости от прочности покрытия, выбирается пропорции песка к цементу – 1:4 или 1:3. Это также зависит от марки цемента и фракции песка. Данный раствор практически не эластичный, поэтому его используют для минеральных поверхностей в качестве основного покрытия, а не заделывании щелей и трещин. При плотности слоя 1800 кг/м³ коэффициент теплопроводности штукатурки будет равен 1,2.

Гипсовая

Это материал для отделки внутренних поверхностей помещения. Его применение подходит, если температура окружающей среды колеблется от +5 до +25 градусов. Теплопроводность гипсовой штукатурки также зависит от плотности ее нанесения и возможных добавок. Обычно коэффициент теплопроводности гипсовой штукатурки при плотности материала 800кг/м³ – 0.3.

Декоративная

Это исключительно отделочный материал для финишных работ. В его состав могут входить полимерные и синтетические смолы, различные примеси, дающие ей необходимые эстетические свойства. Декоративная штукатурка может применяться для отделки фасадов и внутренних частей здания. Фасадный состав с полимерными добавками при плотности в 1800 кг/м³ имеет коэффициент теплопроводности 1.

Утепляющая

Это состав, в который входят различные добавки, предающие такие особенности, как:

морозостойкость;
прочность вне зависимости от количества осадков и окружающего климатического воздействия;
звукопоглощение;
высокая степень адгезии;
хорошая эластичность.

В зависимости от добавок, коэффициент эластичности утепляющей штукатурки при плотности 500 кг/м³ составляет 0,2.

Перлитовая

Это одна из разновидностей декоративных штукатурок, которая состоит из вулканических пород. В состав штукатурки входят особые кислые стекла, которые придают покрытию эстетичный внешний вид и добавляют различные практичные качества. Уникальная способность, которой обладает материал, – вспенивание и увеличение в размерах при нагревании. Надо сказать, что перлитовая штукатурка способна увеличиться в объеме в 10 раз. Благодаря этому получается внешне плотный, но достаточно легкий слой для основной поверхности. Плотность слоя может колебаться в пределах 350…800 кг/м³, за счет чего колеблется и теплопроводность штукатурки – 0,13…0,9.

Сухая

Есть такое понятие «сухая штукатурка». Для незнающих в строительной терминологии это означает обыкновенный гипсокартон. По сути, листы состоят из тех же элементов, что и обычная гипсовая штукатурка (жидкая), за исключением того, что они высушены, спрессованы, сформованы и укреплены на картонных листах. Теплопроводность сухой штукатурки также будет зависеть от плотности материала. Средний коэффициент теплопроводности равен 0. 21.

Известковая

Наиболее распространенный вид штукатурки для внутренних работ. Одним из главных ее качеств можно назвать чистую белизну, что отлично подходит под дальнейшие финишные работы, в особенности окрашивание или нанесение декоративных жидких обоев. Состоит смесь из гашеной извести, речного песка. Пропорции могут быть разными. Теплопроводность при плотности 1500 кг/м³ будет равна 0.7.

Для каждой из смесей предусмотрены свои показатели, которые обозначаются на упаковке. Надо сказать, что бумажный мешок сухой смеси – инструкция не только по эксплуатации, но и составу. Там можно найти основные свойства каждого из составов.

теплопроводность штукатурки — Строительство и ремонт

Содержание

Какова теплопроводность штукатурки разных типов

Определение

Виды и теплопроводность

Цементно-песчаная

В зависимости от прочности покрытия, выбирается пропорции песка к цементу – 1:4 или 1:3. Это также зависит от марки цемента и фракции песка. Данный раствор практически не эластичный, поэтому его используют для минеральных поверхностей в качестве основного покрытия, а не заделывании щелей и трещин. При плотности слоя 1800 кг/м 3 коэффициент теплопроводности штукатурки будет равен 1,2.

Декоративная

Это исключительно отделочный материал для финишных работ. В его состав могут входить полимерные и синтетические смолы, различные примеси, дающие ей необходимые эстетические свойства. Декоративная штукатурка может применяться для отделки фасадов и внутренних частей здания. Фасадный состав с полимерными добавками при плотности в 1800 кг/м 3 имеет коэффициент теплопроводности 1.

Утепляющая

Это состав, в который входят различные добавки, предающие такие особенности, как:

морозостойкость;
прочность вне зависимости от количества осадков и окружающего климатического воздействия;
звукопоглощение;
высокая степень адгезии;
хорошая эластичность.

В зависимости от добавок, коэффициент эластичности утепляющей штукатурки при плотности 500 кг/м 3 составляет 0,2.

Перлитовая

Это одна из разновидностей декоративных штукатурок, которая состоит из вулканических пород. В состав штукатурки входят особые кислые стекла, которые придают покрытию эстетичный внешний вид и добавляют различные практичные качества. Уникальная способность, которой обладает материал, – вспенивание и увеличение в размерах при нагревании. Надо сказать, что перлитовая штукатурка способна увеличиться в объеме в 10 раз. Благодаря этому получается внешне плотный, но достаточно легкий слой для основной поверхности. Плотность слоя может колебаться в пределах 350…800 кг/м 3 , за счет чего колеблется и теплопроводность штукатурки – 0,13…0,9.

Известковая

Теплопроводность штукатурки

Теплопроводность — это процесс переноса энергии от теплой части материала к холодной частицами этого материала (т.е. молекулами). Надо помнить, что это только один из «источников» потерь тепла: хотя, например, вакуум имеет нулевую теплопроводность, энергия может передаваться излучением.

Основные значения коэффициентов теплопроводности я взял из СНиП II-3-79* (приложение 2) и из СП 50.13330.2012 СНиП 23-02-2003. Таблицу я дополнил значениями теплопроводности, которые взял с сайтов производителей строительных материалов (например, для ККБ, пеностекла и других).

Теплопроводность некоторых (но не всех) строительных материалов может значительно меняться в зависимости от их влажности. Первое значение в таблице — это значение для сухого состояния. Второе и третье значения — это значения теплопроводности для условий эксплуатации А и Б согласно приложению С СП 50.13330.2012. Условия эксплуатации зависят от климата региона и влажности в помещении. Проще говоря А — это обычная «средняя» эксплуатация, а Б — это влажные условия.

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость

Приведена обширная таблица теплопроводности строительных материалов, а также плотность и удельная теплоемкость материалов в сухом состоянии при атмосферном давлении и температуре 20…50°С (если не указана другая температура). Значения даны для более 400 материалов!

Следует обратить внимание на величину теплопроводности строительных материалов в таблице, поскольку эта характеристика, наряду с их плотностью, является наиболее важной. Особенно теплопроводность важна для строительных материалов, применяемых в качестве теплоизоляции при утеплении строительных конструкций.

Теплопроводность строительных материалов существенно зависит от их пористости и плотности. Чем меньше плотность, тем ниже теплопроводность материала, поэтому низкая теплопроводность свойственна пористым и легким материалам (значения плотности строительных материалов, металлов и сплавов, продуктов и других веществ вы также сможете найти в подробной таблице плотности).

Например, в нашей таблице теплопроводности материалов и утеплителей можно выделить следующие строительные материалы с низким показателем коэффициента теплопроводности — это аэрогель (от 0,014 Вт/(м·град)), стекловата, пенополистирол пеноплэкс и вспененный каучук (от 0,03 Вт/(м·град)), теплоизоляция МБОР (от 0,038 Вт/(м·град)), газобетон и пенобетон (от 0,08 Вт/(м·град)).

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

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

Паропроницаемость и теплопроводность гипсовой штукатурки

Стоимость штукатурной смеси на основе гипса не намного отличается от обычной. Но у гипсовой штукатурки намного больше преимуществ, чем у цементной, она намного легче и прочнее. Также она очень удобна в использовании, так как на приготовление и нанесение раствора не уходит много времени. При хороших условиях в помещении она высыхает за двенадцать часов полностью.

Теплопроводность гипсовой штукатурки

Паропроницаемость гипсовой штукатурки нанесенной на поверхность зависит от замешивания. Но если сравнить ее с обычной, то проницаемость гипсовой штукатурки составляет 0,23 Вт/м×°С, а цементной достигает 0,6÷0,9 Вт/м×°С. Такие расчеты позволяю говорить о том что паропроницаемость гипсовой штукатурки намного ниже.

Благодаря низкой проницаемости снижется коэффициент теплопроводности гипсовой штукатурки, что позволяет увеличить тепло в помещении. Гипсовая штукатурка отлично удерживает тепло в отличии от :

известково-песчаной;
бетонной штукатурки.

Благодаря низкой теплопроводности гипсовой штукатурки стены остаются теплыми даже в сильный мороз снаружи помещения.

Коэффициент теплопроводности материалов

Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.

Сравнивают самые разные материалы

Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.

Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т. д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.

Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5 кирпича.
Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

Рассчитывать придется все ограждающие конструкции

Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов в таблицах

Сегодня очень остро стоит вопрос рационального использования ТЭР. Непрерывно прорабатываются пути экономии тепла и энергии с целью обеспечения энергетической безопасности развития экономики как страны, так и каждой отдельной семьи.

Создание эффективных энергоустановок и систем теплоизоляции (оборудования, обеспечивающего наибольший теплообмен (например, паровых котлов) и, наоборот, от которого он нежелателен (плавильные печи)) невозможно без знания принципов теплопередачи.

Изменились подходы к тепловой защите зданий, возросли требования к строительным материалам. Любой дом нуждается в утеплении и системе отопления. Поэтому при теплотехническом расчёте ограждающих конструкций важен расчёт показателя теплопроводности.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – это такое физическое свойство материала, при которой тепловая энергия внутри тела переходит от самой горячей его части к более холодной. Значение показателя теплопроводности показывает степень потери тепла жилыми помещениями. Зависит от следующих факторов:

плотности предмета: возрастает с её увеличением;
структуры: к примеру, дерево с поперечными волокнами отличается большим термическим сопротивлением, чем с продольными;
пористости: чем выше значение, тем меньше средняя плотность;
характера пустот и пор: материалы с сообщающимися порами имеют большую теплопроводность, с закрытыми мелкозернистыми порами – меньшую;
влажности: сухие предметы менее теплопроводны;
температуры – теплообмен уменьшается с её увеличением;
давления – показатель увеличивается с ростом давления.

Количественно оценить свойство предметов пропускать тепловую энергию можно посредством коэффициента теплопроводности. Очень важно сделать грамотный выбор строительных материалов, утеплителя для достижения наибольшего сопротивления теплопередачи. Просчёты или неразумная экономия в будущем могут привести к ухудшению микроклимата в помещении, сырости в здании, мокрым стенам, душным комнатам. А главное – к большим расходам на отопление.

Для сравнения ниже представлена таблица теплопроводностей материалов и веществ.

Коэффициенты теплопроводности различных материалов, таблица

Таблица теплопроводности строительных материалов

Помогла ли вам статья?

Термические свойства гипса в порошкообразном виде

Тепловые свойства гипса в порошкообразном виде

Скачать PDF

Ваша статья скачана

Карусель с тремя слайдами одновременно. Используйте кнопки «Назад» и «Далее» для перехода по трем слайдам за раз или кнопки с точками в конце для перехода по трем слайдам за раз.

Скачать PDF

Опубликовано: 8 июня 1957 г.

W. G. КОРИЧНЕВЫЙ ¹

Природа том 179 , страница 1187 (1957)Цитировать эту статью

1060 доступов
Сведения о показателях

Abstract

О теплопроводности порошкообразного гипса в Париже сообщили в 1896 г. Lees and Chorlton ¹ . Их стоимость 0,00261 г. кал./сек/град С/см. с тех пор он был включен в литературу по теплопередаче, в основном через «Международные критические таблицы». Совсем недавно, в 1950 году, учебники продолжали указывать это значение. К сожалению, десятичная точка в оригинальной статье и последующих копиях была неуместна. Лиз и Чорлтон должны были указать значение 0,000261 г. кал./сек./град. С./см.

Ссылки

Lees, C.H., and Chorlton, J.D., Phil. Маг. , 41 , 495 (1896).
Артикул Google Scholar
Ингерсолл, Л.Р., Зобель, О.Дж., и Ингерсолл, А.С., « Теплопроводность » (Унив. Висконсин Пресс, 1954).
МАТЕМАТИКА Google Scholar

Скачать ссылки

Информация о авторе

Авторы и принадлежность

Отдел исследований здания, Национальный исследовательский совет, Оттава

W. G. Brown

Авторы

W. G. Brown
. в PubMed Google Scholar

Права и разрешения

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Пластыри на основе аэрогеля | Энциклопедия MDPI

Исследования изоляционных материалов на основе силикагеля и аэрогеля являются частью более широкой проблемы экологической устойчивости. Спрос на энергию увеличился во всем мире за последние три десятилетия из-за промышленного развития и роста населения. Несмотря на ограниченность запасов, невозобновляемые ресурсы по-прежнему доминируют на энергетическом рынке

[1] . На строительный сектор приходится 42 % всей потребляемой энергии ^[2] и использование 50 % природных ресурсов, извлекаемых из земной коры ^[3] .

В соответствии с последними европейскими нормами, например, стандартами 2010/31/UE, 2012/27/UE, 2018/2002/UE, повышенное внимание уделяется зданиям с низким и нулевым уровнем выбросов, технологиям строительства, позволяющим снизить выбросы CO ₂ до быть снижена, использование ископаемого топлива и количество отходов ^[4] ^[5] . За последнее десятилетие значительно вырос интерес к реконструкции и повышению энергоэффективности существующих зданий ^[6] ^[7] .

Сохранение старых зданий в рабочем состоянии является целью современной реставрации. Регулярное использование действительно позволяет избежать отказа и обеспечивает постоянное техническое обслуживание. Для обновления старых зданий в соответствии с потребностями современного образа жизни требуются технологии, совместимые с их конструктивными особенностями, например, изоляционные материалы, способные улучшить тепловые характеристики древних построек. Поэтому поощряются новые исследования инновационных продуктов для реставрации

[6] .

Штукатурка, полученная при смешивании натуральной извести и аэрогеля из аморфного кремнезема, может сыграть роль в сохранении исторических зданий и повышении их энергоэффективности. Они основаны на традиционных материалах и технологиях, которые полностью совместимы с историческими сооружениями, несмотря на то, что они используются по-новому в виде малоударного и высокоизолирующего продукта. 11] ^[12] ^[13] ^[14] ^[15] .

Исследования продуктов на основе аэрогеля расширились за последнее десятилетие. Учитывая инновационный характер этих продуктов, большая часть исследований была экспериментальной. Результаты многообещающие, хотя неизбежно все еще довольно разнородные, особенно в отношении экспериментов, основанных как на лабораторных, так и на полевых испытаниях.

Аэрогелевые продукты из аморфного диоксида кремния были исследованы, и в течение примерно двух десятилетий было проведено несколько применений. Попытки обзора литературы предпринимались в последние годы ^[9] ^[16] ^[17] .

Аэрогель был открыт в начале 1930-х годов ^[18] и вошел в строительный сектор в конце 1980-х благодаря его высокой эффективности в качестве теплоизолятора ^[9] ^[19] . До этого времени аэрогель использовался в космической отрасли, химической промышленности и спортивном инвентаре, но не так часто в строительной сфере. Ограничивающим фактором была его высокая стоимость и длительные испытания, необходимые для производства готового к рынку продукта ^[19].] ^[20] ^[21] . Аэрогель можно использовать для изготовления плит, гранул или других строительных компонентов. Аэрогель кремнезема является лучшим твердым изолятором по массе и объему, так как он пропускает одну сотую часть тепла по сравнению со стеклом нормальной плотности ^[21] . Строительные материалы на основе аэрогеля в настоящее время считаются перспективными изоляционными материалами в основном благодаря тому, что они обладают высокими тепловыми характеристиками при ограниченной толщине.

Кроме того, они имеют недостаточную воплощенную энергию, более низкую, чем традиционные изоляционные продукты. Коммерческие продукты на основе аэрогеля имеют низкую теплопроводность до 0,013 Вт/(мК). Аэрогели кремнезема сочетают чрезвычайно высокую пористость с характерным малым размером пор (нанопоры могут быть до 90 об.%). В результате газовая теплопроводность оказывает большое влияние на общую теплопроводность аэрогелей ^[9] . В настоящее время аэрогель используется в качестве компонента для нескольких изоляционных растворов и строительных продуктов: стекло, вакуумные изоляционные панели (ВИП), плиты, одеяла, обои, настенные росписи, железобетон, строительные растворы, штукатурки ^[22] (рисунок 1).

Штукатурки на основе аэрогеля кремнезема получают путем внедрения аэрогеля в качестве компонента пористого материала. Штукатурки с кремнеземным аэрогелем зарекомендовали себя как суперизолирующие покрытия. Они особенно полезны при изоляции стены без чрезмерного увеличения толщины

[10] ^[13] ^[15] .

Штукатурки относительно легко наносить как на внутренние, так и на внешние поверхности стен, и они могут заполнять зазоры и стыки для создания непрерывного изоляционного слоя ^[10] . Изоляционные штукатурки подходят для многих применений, в том числе для наружных и внутренних стеновых систем. Изоляционные штукатурки на основе аэрогеля были разработаны как высокоэффективные изоляционные материалы, которые легко использовать в различных ситуациях. Эти продукты, изготовленные из известкового или бетонного раствора и кремнеземного аэрогеля, коммерчески доступны и постоянно совершенствуются. Легкая штукатурка может использоваться для различных целей, благодаря соотношению веса, тепло- и звукоизоляционным характеристикам выше, чем у традиционных штукатурок ^[12] . Аэрогель — это заполнитель, который способствует снижению веса, повышению тепло- и звукоизоляции и повышению огнестойкости.

В 2012 г. Koebel et al. ^[23] описывает инновационную штукатурку на основе аэрогеля, разработанную Швейцарским федеральным институтом материаловедения и технологии (Empa) совместно с группой Fixit. Штукатурка содержала более 80% гранулята аэрогеля кремнезема по объему и могла напыляться на стены с помощью обычных промышленных машинных систем. Были измерены значения теплопроводности ниже 0,025 Вт/мК. Кобель и др. также упомянул продукты на основе гипса от Parexlanko и MINES ParisTech/AR-MINES/CEP. Их цель состояла в том, чтобы получить хороший термомеханический компромисс для наружного применения, используя методы, максимально приближенные к традиционным (например, растворы на основе цемента, традиционные методы). На доиндустриальном уровне производились некоторые строительные растворы со значениями теплопроводности, близкими к 0,050 Вт/мК (метод горячезащищенных плит) и прочностью на изгиб более 0,5 МПа ^[23] . Ибрагим и др. (2015) разработали изоляционную штукатурку с низкой теплопроводностью на основе (супер)изолирующей способности аэрогелей кремнезема. Это штукатурка из легкого раствора, состоящего из гидравлического вяжущего (минерального и/или органического) и изолирующего наполнителя, состоящего из гидрофобного кремнеземного аэрогеля в виде порошка или гранул, структурообразующего наполнителя (по желанию) и добавок (по желанию). Гранулы аэрогеля производятся на специализированном заводе. Одновременно в промышленных масштабах раствор готовят в виде сухой композиции путем смешивания гидравлического вяжущего и добавок. Смесь вышеперечисленных компонентов хранится в мешках и транспортируется на объект для использования. Продукт смешивается с водой на строительной площадке для получения вязкой пасты, подходящей для нанесения, которое может быть выполнено распылением. Теплопроводность измеряется с помощью защищенной нагревательной плиты и измерителя теплового потока. Теплопроводность 0,026 Вт/мК. Программное обеспечение WUFI и EnergyPlus произвело численное моделирование. Результаты показывают, что риск попадания влаги значительно снижается при нанесении штукатурки на основе аэрогеля на неизолированную стену ^[24] .

Современная консервация основана на постоянном уходе за историческими зданиями и сохранении их в рабочем состоянии, что способствует их физическому сохранению. Уважительное улучшение тепловых характеристик расширяет возможности дальнейшего использования исторического здания, способствуя его сохранению. С другой стороны, тепловая модернизация может быть источником риска для исторических зданий, поскольку добавление изоляционных слоев может повлиять на их подлинность и целостность ^[25] ^[26] . Теплоизоляционные штукатурки могут представлять собой хороший компромисс между необходимостью сохранения и повышения энергоэффективности. Благодаря простоте установки и реверсивности их можно наносить на неровные стены, квадратные поверхности и криволинейные участки, типичные для исторических зданий, за исключением фресок, лепнины или других исторических настенных украшений. Они позволяют создать непрерывный слой теплоизоляции, заполняя щели и неровности уже существующей стены, точно так же, как в случае с историческим зданием ^[4] ^[26] . Однако, несмотря на то, что исследования панелей и матов на основе аэрогеля уже многообещающи, требуется особый подход для изучения того, как внедрять аэрогель в раствор на основе извести или цемента ^[27] . Среди аэрогелевых закладных изделий при реставрации исторического здания предпочтительны штукатурки на натуральном вяжущем. Действительно, благодаря своему составу известково-гашеная штукатурка на основе аэрогеля кремнезема хорошо совместима с традиционной массивной конструкцией как с механической, так и с гигротермической точек зрения.

Шталь и др. (2012) изучали штукатурку, состоящую из гидрофобизированного аэрогеля из гранулированного кремнезема (60–90 об.%) и бесцементного вяжущего, поскольку цемент практически несовместим с доиндустриальными материалами, используемыми в исторической стене, как на химическом, так и на физическом уровне. ^[10] . Цемент увеличивает непроницаемость стены, задерживает влагу и способствует выцветанию солей ^[13] ^[28] . Эта штукатурка состоит из гидрофобизированного гранулированного аэрогеля кремнезема (60–90 об.%), чисто минерального и бесцементного связующего, а также некоторых добавок, улучшающих удобоукладываемость. Его можно наносить как вручную, так и с помощью штукатурных машин. Его теплопроводность была измерена прибором с нагревательной пластиной и составила 25 (±2) мВт/мК при плотности примерно 200 кг/м 9 .0020 3 . Авторы заявили, что на теплопроводность, вероятно, влияет то, что жидкая вода попадает в нанопоры гранул аэрогеля. Вода частично повреждает структуру аэрогеля, остается в ловушке и требует длительного времени для высыхания. По мнению авторов, цементные вяжущие могут снизить этот риск благодаря более высокой стойкости, чем известь. Тем не менее, цемент может повлиять на воздухопроницаемость и механическую совместимость с кирпичной кладкой ранее существовавшего здания. Этот бесцементный продукт имеет низкую устойчивость к водяному пару. Это может уменьшить скопление влаги на холодной стороне слоя изоляции (летом) и на теплой стороне изоляции (зимой).

Исследования Buratti et al. (2014) ^[11] представляют интерес для восстановления, так как тестируемый продукт в настоящее время продается в основном как продукт для восстановления, паста Tillica ^® от Arte e Mestieri s. n.c. ^[11] ^[29] . Они изучили рендеринг на основе аэрогеля и протестировали гашеную известковую штукатурку под названием Tillica pasta, которая благодаря своим компонентам является хорошим реставрационным материалом. В частности, свойства естественно созревшей извести. Состав определяет природное свойство водоотталкивания и паропроницаемости. Теплопроводность была измерена с помощью прибора для измерения теплового потока, и результат был пропорционален процентному содержанию гранулированного аэрогеля кремнезема, как показано в таблице 2. Авторы испытали три раствора с различным процентным содержанием аэрогеля, до 99 об.%. Тепловые свойства предложенных штукатурок оценивали с помощью прибора для измерения теплового потока – 50 об.% аэрогелевой штукатурки имели диапазон теплопроводности 0,08–0,06 Вт/мК ^[11] . Паста Tillica представляет собой штукатурку на основе аэрогеля кремнезема, разработанную Arte & Mestieri и выпускаемую Ibix S.r.l. Продукт представляет собой раствор на основе аэрогеля, полученный путем ручного смешивания гашеной природной гашеной извести с гранулированным аэрогелем кремнезема. Благодаря такому сочетанию продукт имеет высокую пористость (>90%), интересное тепловое поведение и воздухопроницаемость. Он также не подвержен гниению и обладает антибактериальными свойствами благодаря наличию гашеной извести. Заявленные данные: коэффициент теплового излучения ε = 0,87 (стандарт ASTM C 1371-04 a), теплопроводность = 0,00175 Вт/мК (UNI 10456), средний коэффициент солнечного отражения = 0,47 (стандарт ASTM1980-11) ^[29] .

Упомянутый выше Ibrahim et al. (2015) ^[24] , с их аэрогелевой штукатуркой с гидравлическим связующим, сосредоточились на том, как штукатурка на основе аэрогеля способствует снижению риска влажности в исторических сооружениях. Действительно, из-за гидрофобной природы аэрогеля штукатурки на основе аэрогеля уменьшают водопоглощение, сохраняя стабильный объемный состав и тепловое поведение ^[13] . Однако необходимо учитывать риск низкой воздухопроницаемости, связанный с использованием гидравлики вместо гашеной извести.

Швейцарский федеральный институт EMPA исследовал предварительно смешанный гипс с аэрогелем, выпускаемый компанией Röfix под названием FIXIT 222. В этом материале используется более 50% гранул кремнеземного аэрогеля по объему, и заявлена его теплопроводность 0,028 Вт/мК ^{[ 15]} ^[27] . Nosrati и Berardi (2017) исследовали пластыри с аэрогелем, содержащим разное процентное содержание силикагеля 9.0020 [30] . Цель состояла в том, чтобы оценить эффективность предлагаемых штукатурок в качестве изоляционных материалов. Эксперимент проводился в Лаборатории строительных наук Университета Райерсона в Торонто. Образцы готовили путем смешивания гипсовой штукатурки на основе гидравлической извести с гранулированными кремнеземными аэрогелями Р300 в различном процентном соотношении (от 25% до 95 об.%). Были рассмотрены три группы штукатурок, усиленных аэрогелем: FIXIT 222, гидравлическая известь NHL 3,5 производства CHIRAEMA s.r.l., NHL 3,5 Saint Astier производства TransMineral USA. Теплопроводность образцов измеряли с помощью прибора для измерения теплового потока. Образцы имели разную толщину и помещались между горячей и холодной плитой. Теплопроводность измерялась для достижения теплового равновесия при заданной разнице температур между пластинами. Результаты показывают прямую зависимость между плотностью гипса и теплопроводностью ^[30] .

Гази Вакили, Шталь и др. (2015) исследовали долговременное поведение штукатурки на основе аэрогеля, нанесенной без армирующих сеток. Тест проводился на стене исторического главного здания TU Wien. Температура, влажность и тепловой поток контролировались в различных слоях стен с помощью беспроводной сенсорной системы ^[12] . Аэрогелевая штукатурка Fixit 222 была нанесена на четыре экспериментальных участка южного фасада, начиная с 1950-х годов. Слой стены перед испытаниями был следующим: гипсовая штукатурка 1,5 см с внутренней стороны, 5 см пустотелый кирпич, 2 см цементная штукатурка с наружной стороны. В конце 2013 года на внутренней и наружной поверхности были установлены датчики для измерения температуры, влажности и теплового потока перед модернизацией. Пять месяцев спустя, в 2014 году, на каждую из четырех зон была нанесена штукатурка F222 (толщина = 4 см) с различной отделкой (разница в зерне и отделке, покраска, водоотталкивающая и т. д.). После дооснащения Зона 1: До = 0,97 Вт/м ² к, U _после = 0,78 Вт/м ² к (-20%). Зона 2: до = 1,04 Вт/м ² к, U _после = 0,58 Вт/м ² к (-45%). Значения U уменьшились меньше, чем ожидалось, вероятно, потому, что процесс сушки еще не был завершен ^[12] . Таким образом, два года спустя полевые исследования были продолжены.

Шусс и др. (2017) протестировали различные системы штукатурки на основе аэрогеля на десяти пробных участках фасадов главного здания Технического университета Вены: четыре испытательных участка на южном фасаде (S), четыре на западном фасаде (W), два на северном фасаде. (Н). Постоянно контролировались температура и влажность, а также погодные условия. Заявленные в техпаспорте параметры проверены экспериментально на месте. Значение U, измеренное на месте, соответствовало заявленному, и тщательный мониторинг содержания воды оказался решающим для подтверждения этих данных ^[31] . Штукатурка на основе аэрогеля толщиной 4 см была нанесена на обе стороны существующей кирпичной стены толщиной 42 см. В результате значение U снизилось с 1,25 до 0,46 Вт/м ² К (-64%) ^[14] . Это подтвердило высокие теплотехнические характеристики штукатурок на основе аэрогеля даже при минимальной толщине. С этой стороны было получено подтверждение его пригодности для энергетической модернизации исторических зданий.

Помимо преимуществ, аэрогелевые штукатурки и метод, использованный для характеристики их свойств, имеют некоторые важные особенности, которые все еще находятся в стадии изучения. Stahl (2012) подтвердил, что роль воды имеет решающее значение для оценки поведения гипса с течением времени. Измерение размера и распределения пор, картирование их микроскопической структуры помогает лучше понять, как влага проникает внутрь пористого материала [18]. Долговечность является серьезной проблемой для штукатурок на основе аэрогеля. Nosrati и Berardi (2017) сравнили долговечность трех доступных на рынке пластырей на основе аэрогеля: FIXIT 222, Saint Astier, Chiraema. Образцы подвергались воздействию различных факторов старения, в том числе высокой температуры и повышенной влажности, циклам замораживания-оттаивания. Тепловые свойства каждого продукта измеряли до, во время и после периода старения с использованием прибора для измерения теплового потока в соответствии со стандартом ASTM C518. Термическое сопротивление всех образцов уменьшилось примерно на 17% после девятилетнего эквивалентного времени старения. Точно так же теплопроводность всех образцов значительно увеличилась после 15-летнего эквивалентного времени старения. По мнению авторов, пластыри на основе аэрогеля теряют термостойкость быстрее, чем аэрогелевые плиты и одеяла. Это связано с физическими изменениями пористой структуры штукатурки на основе аэрогеля с течением времени, как показано на изображениях СЭМ, сделанных до и после процесса старения. Таким образом, результаты показывают, что тепловые характеристики зависят как от состава образца, так и от факторов старения ^[30] Те же авторы (2018) продолжили это исследование, смоделировав 20-летнее старение ^[32] . Каждое стрессовое состояние тестировалось отдельно, а затем объединялось, чтобы лучше понять влияние каждого фактора разложения (высокая температура, высокая влажность, цикл замораживания-оттаивания, воздействие УФ-излучения в сочетании с высокой температурой и высокой влажностью). Хотя сочетание различных элементов привело к повышению теплопроводности, повышенная влажность оказалась основным фактором, влияющим на этот параметр. Авторы протестировали образцы штукатурки, изготовленной из натуральной гидравлической извести (NHL 3,5–55 фунтов, производства Sustainable Innovative Products и Chireama Corp. ), обогащенной гидрофобизированными гранулами аэрогеля кремнезема (P-300, поставляемый Cabot Corp.) от 25 до 9.0 об.%. Образцы имели размеры 15×15×2 см. После 20-летнего эквивалентного старения при высокой влажности у 70 % образцов теплопроводность увеличилась до 10 %. Однако, несмотря на возрастной рост, теплопроводность штукатурок на основе аэрогеля оставалась значительно ниже по сравнению с нестареющими традиционными материалами ^[30] ^[32] . Следуя этому обзору литературы, будущие исследования будут дополнительно анализировать физические и механические характеристики аэрогелевых штукатурок на основе диоксида кремния и связь между составом продукта и условиями окружающей среды при использовании. Авторы хотят подчеркнуть, что понимание тепловых характеристик, связанных с условиями использования и толщиной продукта, по-прежнему ограничено отсутствием многолетнего опыта ^[33] ^[32] . Анализ пористой структуры (например, диаметр пор, общий объем пор) и оценка паропроницаемости рыночных продуктов имеют решающее значение, поскольку они сильно влияют на долговечность как внутри, так и снаружи помещений. Следует более тщательно изучить последствия кислотных дождей ^[34] ^[35] .

Вторым важным фактором, отмеченным в специальной литературе ^[13] ^[15], является более высокая стоимость продуктов на основе аэрогеля по сравнению с традиционными строительными материалами. Действительно, эта особенность является сдерживающим фактором для внедрения гипсовых систем, залитых аэрогелем. Непрозрачные продукты на основе аэрогеля могут стоить в десять раз дороже обычных изоляционных материалов, таких как минеральная вата ^[16] . Однако рынок аэрогеля экспоненциально увеличился вместе с количеством компаний, выдающих патенты. Мировой рынок кремнеземных аэрогелевых продуктов оценивался в 307,5 млн долларов (США) в 2014 году, 427 млн долларов в 2016 году и, как ожидается, достигнет 1,92 млрд к 2022 году с ежегодным ростом более 10% ^[22] . Общий обзор теплоизоляционных штукатурок на европейском рынке, проведенный Barbero et al. (2014) ^[36], рассматривали стоимость штукатурок на основе аэрогеля. Они учитывали технические данные и цены, напрямую предоставленные производителями, без публикации названий производителей и коммерческих продуктов по соображениям конфиденциальности ^[13] . Этот анализ был возобновлен Buratti et al., 2016 ^[13] . Барберо и др. определили среднюю стоимость продукта, чтобы исключить более высокие параметры в каждой анализируемой системе ^[35] . Распространение стоимости штукатурки оценивалось с учетом как стоимости квадратного метра каждой штукатурки, необходимой для получения одинакового конечного теплового сопротивления (равное тепловое сопротивление R _x на 1 м ² К/Вт), так и стоимости функциональная единица (базовая единица – количество денег, необходимое для изготовления 1 см толщины) ^[13] ^[36] (см. таблицу 3). Полезно проанализировать влияние стоимости аэрогеля на оптимальную толщину штукатурки. Анализ затрат, проведенный Barbero et al. позволяет определить ценовой диапазон, являющийся оптимальным. Новая теплоизоляционная штукатурка должна стоить около 45–60 евро/м ² при тех же тепловых характеристиках со значениями Rx ^[36] . Поэтому важно понимать оптимальную толщину, связанную со стоимостью рендеринга. Буратти и др. объяснил, что по мере увеличения стоимости оптимальное значение толщины уменьшается ^[13] . Дальнейшие исследования должны дополнительно изучить взаимосвязь между толщиной и стоимостью с учетом теплопроводности и долговечности окончательной штукатурки. Нужно тестировать штукатурки с разным составом и разным процентным содержанием силикагеля-аэрогеля.

Возрастающий интерес к описанным выше строительным изделиям во многом зависит от сертифицированных параметров тепловых характеристик. Эта информация является единственными данными, которые производители могут использовать для демонстрации свойств и преимуществ своей продукции, поэтому необходимо получить результаты, рассчитанные с помощью формул и лабораторных испытаний, так как это максимально соответствует характеристикам продукта в использовать.