Теплопроводность бетонной стены: Теплопроводность бетона: понятие и определение коэффициента

Теплопроводность бетона: коэффициент, расчеты

Важную роль при строительстве дома играет теплопроводность бетона. Это свойство указывает на способность строения удерживать тепловую энергию. Показатель изменяется в зависимости от вида и влажности материала. Стройматериал с высокой способностью удерживать тепло позволяет сэкономить на утеплении помещения. Пористые виды бетона чаще используют в качестве утеплителя, но при этом учитывают, что с повышением объема пор в материале происходит ухудшение устойчивости к механическим нагрузкам.

Содержание

1. Что это такое?
2. Что влияет на показатель?
3. Коэффициент теплопроводности
4. Как проводятся расчеты?
5. Утепление и показатели теплопроводности бетона

Что это такое?

При строительстве конструкций и домов со значительной нагрузкой на стены лучше выбрать конструкционный вид материала, а потом утеплить его с помощью полистирола.

Коэффициент теплопроводности бетона служит основной характеристикой при выборе теплоизоляционного сырья. Этот показатель указывает на способность стройматериала удерживать тепло внутри помещения. Высокое значение способствует более оперативному охлаждению дома в зимнее время и нагреванию летом. Блоки повышенной плотности быстрее передают тепло, в то время как поросодержащий материал задерживает нагретый воздух внутри сооружения. Поэтому материалы с более пористой структурой чаще всего применяют в качестве утеплителя.

Что влияет на показатель?

От теплопроводности материала, из которого построен дом, зависит микроклимат в нем. При выборе сырья для сооружения стен учитывают все факторы, влияющие на изоляционные способности. Выбрав бетон, как основной стройматериал, рекомендуется учитывать такие показатели:

• Плотность. Высокое значение свидетельствует о близком расположении молекул материала друг к другу, что способствует более быстрой передаче тепла. Такой бетон является более прочным, но в то же время малоэффективен для утепления помещения. Плотный вид стройматериала требует дополнительных расходов на теплоизоляцию.
• Пористость. Поризованная структура бетона делает материал неоднородным, что препятствует быстрой передачи тепла. Поэтому большое количество пустот свидетельствует о хороших теплоизоляционных свойствах. Теплопроводность керамзитобетона меньше чем у жестких бетонов в 5 раз. Минусом такого сырья является низкая прочность, что препятствует использованию материала при возведении несущих конструкций.
• Влажность. Мокрые стены лучше проводят тепло, поэтому дома, построенные на влажном фундаменте без хорошей гидроизоляции склонны к повышению теплоотдачи.

Коэффициент теплопроводности

Значение показателя указывает на объем тепловой энергии, которую материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 может провести за 1 секунду. При этом разница температур по обе стороны стройматериала составляет 1 °C. Значение показателя характеризует способность помещения из этого бетона удерживать тепло в зимнее время. Правильно подобранный материал при строительстве жилья позволит сэкономить на оплате за услуги тепла.

Посмотреть «ГОСТ 7076–99» или cкачать в PDF (1.2 MB)

Как проводятся расчеты?

Чтобы определить этот показатель пользуются такими формулами:

• Кауфмана. Применяется для определения коэффициента на сухом бетоне. Выглядит так: λ = 0,0935*(m)0,5*2,28m + 0,025;
• Некрасова. При изменении влажности и показатель меняется. Поэтому для бетона с влажностью более 3% используют такую формулу: λ = (0,196 + 0,22 m2)0,5—0,14.

Для расчета нужно иметь сведения об исследуемых экземплярах. Знак m обозначает объемную массу объекта, а λ — непосредственно искомый коэффициент. Так как вес различных видов бетона при одинаковом объеме меняется, то и значение показателя также изменяется. Коэффициент теплопроводности керамзитобетона имеет одно из самых низких значений. Поэтому этот материал чаще всего применяют в качестве утеплителя.

Важную роль в строительстве играет влажность бетона, которая сказывается не только на теплопроводности стройматериала, но и его прочностных показателях. Гидроизоляционные мероприятия помогут предупредить такие побочные эффекты.

Утепление и показатели теплопроводности бетона

Сравнительная таблица теплопроводности различных видов материала:

В зависимости от вида стройматериала, используемого при строительстве дома, проводятся дополнительные изоляционные работы. Это приводит к повышению способности стен к удерживанию тепла. Бетон выступает, как самостоятельный стройматериал, который требует утепления, или утеплитель. Во втором случае материал не подходит для строительства несущих конструкций, так как имеет низкую прочность. Как видно из таблицы, теплопроводность монолитного железобетона самая высокая, поэтому из него строят ответственные объекты, а при необходимости повышения теплоизоляционных способностей здания применяют пенополистирол, минвату или керамзитобетон. Поэтому перед строительством дома оценивают возможные пути потери тепла и проводят утепление помещения.

сравнение по толщине, сколько у бетона

Любой человек согласится, что дома должно быть всегда уютно: летом не жарко, зимой – тепло. За сохранение тепла и прохлады «отвечает» показатель теплопроходимости. Чем лучше перегородка проводит, то есть отдает тепло, тем быстрее он будет остывать и нагреваться. Стены и крыша дома должны иметь низкую проводность, а некоторые элементы, например, радиаторные батареи, могут быть хорошими проводниками. Узнать теплопроводность бетона и других смесей и блоков можно по таблицам или рассчитать по формуле.

Содержание

1. Что это такое
2. Особенности выбора на основе этих показателей
3. Влияющие факторы
4. Коэффициент материалов из бетона
5. Сравнение строительных материалов по толщине

Что это такое

Теплопроводность строительных материалов играет важную роль при их выборе. Термин означает количество тепла, которое разные перегородки одинаковой толщины могут провести за единицу времени. Чем ниже показатель, тем хуже тепло проходит – плоскость плохо нагревается и медленно остывает.

Коэффициент проницаемости показывает, сколько тепла может пройти через 1 метр метровой стены при разнице температур в 1 градус. Единицей измерения является Вт/(м*С), где м – это метры, а С – градус Цельсия.

В зависимости от значения стройматериалы используют для разных целей: с низкой проводимостью применяют для утепления, чтобы дома не было холодно, с высокой – для отвода тепла и быстрого охлаждения, например, для батарей.

Обратите внимание! Плоскости с низким значением будут медленнее остывать. Это позволит сэкономить на отоплении.

Тепловое или термическое сопротивление – это величина, обратная теплопроходимости. Она отражает, насколько сильно перегородка мешает прохождению тепла. То есть чем выше сопротивление, тем ниже проводность – этот стройматериал можно использовать для утепления. Формула для расчета сопротивления

R = H/λ, где

• R – нормативное температурное сопротивление.
• H – толщина в метрах.
• λ – значение проводимости.

Величина измеряется в (м*С)/Вт, где м – метр, С- градус Цельсия.

Особенности выбора на основе этих показателей

Чтобы построить хороший, прочный дом важно не забывать про теплопроницаемость стен и потолков. Увидеть важность этого свойства можно в простом примере: стена из бетона толщиной в 30 сантиметров и перегородка из кирпича в 50 см одинаково справляются с теплопотерей. Плита из железобетона должна быть примерно в 3 раза толще плиты из керамзитобетона.

При выборе стоит помнить не только о показателе конкретного материала, но и об используемом утеплителе. Например, показатель пенополистирола – 0,031-0,05 Вт/(м*С), изолона – 0,031-0,037 Вт/(м*С). Для сравнения: теплопроводность железобетона плотностью 2,5 тонны на куб. метр – 1,7, а дерева – 0,2-0,23.

Стоит отметить, зачем вообще нужно определять этот показатель при строительстве. Специалистами рассчитана норма для разных климатических поясов России и для разных мест: для стен, крыш, перекрытий. Если выбранные стройматериалы не дотягивают до нормы СНиП, их необходимо утеплить.

Обратите внимание! Если при строительстве использовались несколько стройматериалов в одном месте (например, для крыши или пола), для определения итогового коэффициента все значения складываются.

Влияющие факторы

Если сравнить свойства одного и того же стройматериала в разных условиях, легко увидеть, что теплоизоляционный коэффициент будет разным. Различается величина также у разных марок, причем разница может быть довольно значимой.

На проводимость влияют следующие факторы:

1. Плотность. При высокой плотности частицы расположены близко друг от друга, следовательно, передача тепла будет происходить довольно быстро. Легкие стройматериалы (например, керамзит) хуже отдают тепло, чем тяжелые.
2. Пористость. Чем она выше, тем меньше тепла пропускается. Воздух отличается маленькой проводимостью, значит, чем больше отверстий в поверхности, тем слабее будет теплопередача.
3. Структура самих пор. Большие, сообщающиеся между собой поры повышают проницаемость бетонной перегородки. Чтобы сохранить тепло внутри, лучше выбирать мелкие, замкнутые отверстия.
4. Влажность. При намокании бетона или кирпича воздух вытесняется, заменяется жидкостью или становится влажным воздухом. Коэффициент увеличивается почти в 20 раз.
5. Температура. Чем она выше, тем выше коэффициент.

Обратите внимание! Зимой, когда влага превращается в лед, теплопотери увеличиваются еще сильнее. Кроме того, промерзание ведет к разрушению.

Коэффициент материалов из бетона

Бетонный раствор – это неоднородная цементно-песчаная смесь, которая имеет сложную структуру. Его коэффициент зависит от конкретного состава.

Узнать теплопроводность бетона можно по таблицам или по характеристике конкретной марки. Средние значения следующие:

1. Теплопроводность железобетонной плиты плотностью 2,5 – 1,7.
2. Пенобетона – 0,08-0,29.
3. Керамзитобетона – 0,14-0,66.
4. Красный глиняный кирпич – 0,56.
5. Силикатный кирпич – 0,7.
6. Блоков из газосиликата – 0,072-0,165.
7. Теплопроводность штукатурки – 0,1-1.

Точные данные теплопроводности бетонной стены зависят от конкретных марок и их характеристик.

Сравнение строительных материалов по толщине

Таблица теплопроводности строительных материалов позволит быстро просчитать, хватает ли коэффициента перекрытия, а также найти необходимую толщину. Также можно воспользоваться онлайн калькулятором на сайтах строительных материалов.

Обратите внимание! В таблицах зачастую присутствует не одно значение теплопроницаемости, а несколько. Основное дается для сухого стройматериала при испытании в лабораторных условиях по ГОСТу, другие – для различных условий эксплуатации, например, при сухом и влажном воздухе, при разных температурах.

Для самостоятельного расчета толщины стены можно воспользоваться формулой:

H = R * λ.

Показание R можно узнать в таблице «Строительная климатология», в которой для каждого региона даны свои значения. Показания λ даны в технических характеристиках материала.

Пример расчета:

Для Москвы R составляет 3,28. Если перегородки будут выполнены из железобетона (плотность 2,5 т/ куб. м, λ= 1,690), их толщина должна составить больше 5,5 метра.

Если взять керамзитобетон плотностью 1,8 т/куб. м. (λ = 0,66), величина «снизится» до 2,16 метров. Для пенобетона плотностью 1 т/куб. м. (λ = 0,29), размер составит меньше метра – 95 см.

Легко увидеть, что, чем выше показатель проводимости тепла, тем больше должна быть толщина. Чтобы уменьшить эту величину, их дополнительно оббивают более тонкими утеплителями.

При выборе материала для пола, стены, крыши или перегородки стоит обратить внимание на теплопроводность стройматериалов. Эта величина отвечает за проведение тепла через материал, то есть за то, как быстро будет нагреваться и остывать дом. Чем она ниже, тем хуже проходит тепло и тем медленнее здание будет промерзать.

Сохранение комфорта с помощью сборного железобетона

Сборные железобетонные панели днем ​​и ночью помогают регулировать температуру в здании благодаря тепловой массе и сопротивлению. (Фото из архива NPCA)

Клод Гоген, P.E., LEED AP

В эпоху, когда устойчивость и энергоэффективность важны как никогда, производители сборных железобетонных изделий должны уметь объяснять полезные свойства своей продукции. Это выходит за рамки прочности на сжатие, содержания воздуха и водонепроницаемости. Температурные свойства продолжают приобретать все большее значение с развитием энергоэффективных зданий с нулевым потреблением энергии. При объяснении тепловых свойств сборного железобетона важно избегать путаницы между тепловой массой и термическим сопротивлением. Тепловая масса и сопротивление часто обозначаются как одно и то же, но работают совершенно по-разному. Вместе они обеспечивают наилучшие характеристики для поддержания комфорта в здании, что делает сборный железобетон оптимальным выбором в качестве строительного материала.

Тепловая масса

Термическая масса – это свойство, позволяющее материалу поглощать, накапливать, а затем выделять значительное количество тепла. Для изменения температуры материалов с высокой плотностью, таких как сборный железобетон, требуется много тепловой энергии, поэтому бетон имеет большую тепловую массу. Для сравнения, обогрев деревянных стен намного проще, но они сохраняют меньше тепла и быстрее отдают его. Сборные железобетонные стены действуют как термальные губки, поглощая тепло в течение дня, а затем медленно отдавая его, когда температура падает ночью. Поскольку ночной воздух охлаждает стены, они накапливают его и днем ​​переносят обратно в здание. Этот цикл повторяется каждый день. Когда наружная температура колеблется в течение дня, тепловая масса бетона также выравнивает температурные изменения.

Этот эффект снижает нагрузку на отопление и охлаждение системы отопления, вентиляции и кондиционирования здания, что приводит к экономии энергии. Когда наружная температура достигает своего пика, внутри здания остается прохладнее. Тепло еще не проникло в сборный железобетонный массив, который все еще выпускает более холодный воздух с предыдущего вечера, создавая временную задержку, как показано на рис. 1. Эта задержка теплопередачи известна как демпфирование.

Рисунок 1

Результатом этого демпфирующего эффекта является улучшение энергосбережения, что предусмотрено Законом о национальной энергетической политике от 19 г.92 для коммерческих зданий. Можем ли мы количественно определить тепловую массу? Мы можем через удельную теплоемкость, которая представляет собой способность материала накапливать тепловую энергию. Удельная теплоемкость определяется как отношение количества тепла, необходимого для повышения температуры единицы массы материала на одну единицу температуры, к количеству тепла, необходимому для нагревания такой же массы воды на ту же единицу температуры.

Теплопроводность и сопротивление

Если вы любите готовить, вы знаете цену хорошей сковороде. Когда вы сравниваете сковороды, вы заметите, что чем дороже сковорода, тем она тяжелее. Бетон тяжелый, так почему нет рынка сковород из сборного железобетона? Все дело в теплопроводности.

Теплопроводность материала показывает, как этот материал поглощает и передает энергию. Он также определяется как количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала — в направлении, нормальном к поверхности единицы площади — из-за единичного градиента температуры в стационарных условиях. Он измеряется в единицах СИ в ваттах на метр Кельвина и в имперских единицах в британских тепловых единицах на час-фут по Фаренгейту.

Когда тепло плиты соприкасается со сковородой, энергия этого источника тепла передается сковороде, что увеличивает кинетическую энергию. Затем тепло передается близлежащим материалам, которые находятся на более низком уровне кинетической энергии. Чем выше теплопроводность материала, тем быстрее он будет нагреваться и тем быстрее будет распространяться тепло на неотапливаемые участки того же куска материала. Сковороды, изготовленные из материала с высокой теплопроводностью, работают лучше всего, потому что они быстро передают тепло, что приводит к более быстрой реакции на температурные изменения. Вот почему часто ручка сковороды изготавливается из другого материала с более низкой теплопроводностью. Чугун имеет высокую теплопроводность от 50 до 80 Вт на метр Кельвина, а бетон имеет низкую теплопроводность около 1 Вт на метр Кельвина. Возможно, именно поэтому ваша линия посуды из сборного железобетона не исчезает с полок.

Все материалы имеют значение теплового сопротивления, которое является мерой сопротивления материала кондуктивному тепловому потоку. Эта мера выражается значением R. Сборный железобетон имеет низкие значения R, которые варьируются в зависимости от плотности бетона и других факторов. Для 144 фунтов на кубический фут бетона значение R составляет примерно 0,063 на дюйм². По мере уменьшения плотности бетона значение R увеличивается. Добавьте жесткую изоляцию, и вы можете получить значение R около 5 на дюйм в зависимости от типа изоляции.

Значение R для сборных железобетонных стеновых панелей с изоляцией обычно варьируется от R-5 до R-50. Типы жесткой изоляции, обычно используемые со стеновыми панелями из сборного железобетона:

• EPS – вспененный полистирол: значения R обычно от 3,8 до 4,4
• XPS – экструдированный полистирол: значения R обычно составляют около 5
• Полиизоцианурат: значения R обычно 6-to-8

Соединение двух элементов вместе

Для обзора, тепловая масса — это способность материала накапливать тепловую энергию, а тепловое сопротивление — это способность материала замедлять передачу тепловой энергии. Здание из сборного железобетона хорошо регулирует собственную температуру. Сборные железобетонные стены с жесткой изоляцией, такой как сэндвич-панели или тонкие стеновые панели, создают идеальную оболочку здания, поскольку они обеспечивают высокие значения R при регулировании колебаний температуры. Конечным результатом является энергоэффективный материал, который не имеет себе равных.

Повсюду появляются энергоэффективные здания с нулевым энергопотреблением. У нас даже есть завод по производству сборных железобетонных изделий с нулевым потреблением энергии среди выдающихся членов NPCA. Экологически безопасное строительство больше не ограничивается рамками отрасли. Это мейнстрим. По мере восстановления строительного рынка отрасль зеленого строительства растет быстрыми темпами. По данным Совета по экологическому строительству США, общий доход в этой отрасли должен вырасти до 245 миллиардов долларов к 2016 году, что составляет более половины всех нежилых зданий. ¹

Владельцы, проектировщики и строители как никогда сосредоточены на проектировании и строительстве энергоэффективных и долговечных зданий. Часто это требуется для выполнения следующих требований:

• Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании, версия 4
• Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха
• Международный кодекс экологического строительства
• Распоряжение федерального правительства США 13514

Последнее гарантирует, что все новое строительство государственных зданий и капитальный ремонт соответствуют Руководящим принципам высокоэффективных устойчивых зданий и к 2030 году достигнут нулевой чистой энергии. Здание с нулевой чистой энергией означает общее количество энергии, используемой зданием. в годовом исчислении примерно равно количеству возобновляемой энергии, вырабатываемой на объекте.

Тепловые свойства сборного железобетона помогают улучшить энергетические характеристики здания. Это важный актив для проектировщиков, которым необходимо сократить расходы на отопление и кондиционирование воздуха, связанные с системами HVAC, и при этом обеспечить комфорт для жителей здания. И это важный аргумент в пользу продажи ваших сборных железобетонных изделий.

Клод Гоген, PE, LEED AP, директор NPCA по устойчивому развитию и
техническому образованию.

¹ www.usgbc.org
² ASHRAE 90.1 (2010) Таблица A3.1B

В холодный зимний день внешняя поверхность бетонной стены склада толщиной 0,2 м подвергается воздействию температуры –5°C, в то время как внутренняя поверхность поддерживается при температуре 20°C. Теплопроводность бетона 1,2 Вт/м·К.

Задача 1.1P: 1.1 В холодный зимний день обнажается внешняя поверхность бетонной стены склада толщиной 0,2 м… Задача 1.2P: 1.2 Вес изоляции космического корабля может быть важнее, чем необходимое пространство. Покажите…Задача 1.3П: 1.3 Стену топки необходимо построить из кирпича стандартных размеров двух видов…Задача 1.4П: 1.4 Для измерения теплопроводности два одинаковых образца толщиной 1 см помещают в аппарат… Задача 1.5П: Для определения теплопроводности конструкционного материала на большой пластине толщиной 15 см из… Задача 1.6П: Квадратная кремниевая пластина размером 7мм7мм и толщиной 0,5мм установлена ​​на пластиковую подложку, как показано на… Задача 1.7P: Необходимо спроектировать систему охлаждения склада для хранения скоропортящихся продуктов… Задача 1.8P: 1.80 Опишите и сравните режимы потери тепла через одно- стекло и окно с двойным остеклением… Задача 1.9P: Тепло передается со скоростью 0,1 кВт через изоляцию из стекловаты (плотность = 100 кг/м3) с 5-см.