1.2 Теплопроводность строительных материалов

Характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, Вт/м· ^оС, выражающим количество тепла, проходящего через 1 м² ограждения при его толщине 1 метр и при разности температур на внутренней и наружной поверхности ограждения 1 ^оС.

На коэффициент теплопроводности материала влияют следующие свойства материала.

Плотность (пористость): чем больше в материале замкнутых пор, тем меньше коэффициент теплопроводности, поскольку любого плотного материала не менее чем в 100 раз превышает воздуха.

• Химико-минералогический состав. Любой строительный материал имеет в своем составе кристаллические и аморфные вещества в различных соотношениях. Чем выше процент кристаллических веществ, тем больше коэффициент теплопроводности.

• Собственная температура материала. Чем она выше, тем большей теплопроводностью обладает конструкция.

• Влажность материала. При увлажнении конструкции в поры, заполненные воздухом, попадает вода, коэффициент теплопроводности которой выше, чем у воздуха, приблизительно в 20 раз. Поэтому теплопроводность материала резко возрастает, возникает опасность промерзания ограждающей конструкции. При промерзании конструкции вода, находящаяся в порах, превращается в лёд, коэффициент теплопроводности которого выше, чем у воды, еще в 4 раза. Поэтому так важно не допускать переувлажнения ограждающих конструкций.

Наибольшим коэффициентом теплопроводности обладают металлы: сталь - 50 Вт/м·^оС, алюминий - 190 Вт/м·^оС, медь - 330 Вт/м·^оС. Наименьший коэффициент теплопроводности у эффективных утеплителей, пенополистирола и пенополиуретана: 0,03-0,04 Вт/м·^оС.

1.3 Термическое сопротивление (сопротивление теплопередаче)

R, м²·^оС /Вт, - важнейшее теплотехническое свойство ограждения. Оно характеризуется разностью температур внутренней и наружной поверхности ограждения, через 1 м² которого проходит 1 ватт тепловой энергии (1 килокалория в час).

, (2)

где δ - толщина ограждения, м;

λ - коэффициент теплопроводности, Вт/м·^оС.

Чем больше термическое сопротивление ограждающей конструкции, тем лучше её теплозащитные свойства. Из формулы (2) видно, что для увеличения термического сопротивления R необходимо либо увеличить толщину ограждения δ, либо уменьшить коэффициент теплопроводности λ, то есть использовать более эффективные материалы. Последнее более выгодно из экономических соображений.

2. Теплопередача в однородном ограждении при установившемся потоке тепла

Представим себе условную ограждающую конструкцию, состоящую из однородного материала, через которую в холодное время года проходит постоянный тепловой поток. В этом случае график распределения температуры внутри ограждения выглядит следующим образом (рис. 1).

Рис. 1. Распределение температур в однородной ограждающей конструкции при постоянном тепловом потоке

При передаче тепла через ограждающую конструкцию происходит падение температуры от t_в до t_н. При этом общий температурный перепад t_в- t_н состоит из суммы трех температурных перепадов:

1. температурный перепад t_в-τ_в возникает из-за того, что температура внутренней поверхности ограждения τ_в всегда на несколько градусов ниже, чем температура воздуха в помещении t_в;

2. τ_в-τ_н - температурный перепад в пределах толщины ограждающей конструкции;

3. τ_н-t_н - температурный перепад, возникающий вследствие того, что температура наружной поверхности ограждения τ_н несколько выше температуры наружного воздуха t_н.

Каждый из этих температурных перепадов вызван конкретным сопротивлением переносу тепла:

4. перепад t_в-τ_в - сопротивлением тепловосприятию внутренней поверхности ограждения R_в;

5. перепад τ_в-τ_н - термическим сопротивлением конструкции R_к;

6. перепад τ_н-t_н - сопротивлением теплоотдаче наружной поверхности ограждения R_н.

Сопротивления тепловосприятию и теплоотдаче иногда называют сопротивлениями теплообмену; они имеют такую же размерность, как и термическое сопротивление, т. е. м²· ^оС/Вт.

Общее (приведенное) термическое сопротивление однослойной ограждающей конструкции R_o, м²· ^оС/Вт, равно сумме всех отдельных сопротивлений, т. е.

, (3)

где α_в - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·^оС), определяемый по табл. 4* [1], см. также табл. 5 настоящего пособия;

α_н - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м²·^оС), определяемый по табл. 6* [1], см. также табл. 6 настоящего пособия;

R_к - термическое сопротивление однослойной конструкции, определяемое по формуле (2).