2. Потреби у вимірюванні теплопровідності

У комунальній теплоенергетиці при експлуатації житла, виробничих та інших приміщень дуже важливим є розподіл теплових потоків між окремими елементами будівель, споруд і загальний рівень теплообміну між повітрям у приміщенні і атмосферним повітрям, а також між повітрям у приміщенні і поверхнями нагріву у системах опалення. Можливості енергозбереження пов’язані із зменшенням теплообміну з атмосферним повітрям. Це досягається підвищенням якості теплоізоляції. Теплоізоляційними вважають матеріали з низькою теплопровідністю.

У будівельній індустрії, в теплотехніці, металургії, у хімічній промисловості, в транспортобудуванні, в харчовій і багатьох інших галузях промисловості необхідно знати теплові характеристики матеріалів, що використовуються для різних технологічних цілей. Дуже важливою тепловою властивістю матеріалів є теплопровідність, яка характеризується саме коефіцієнтом теплопровідності λ, що визначається законом Фур’є (1):

λ = Qδ/F(T₁ – T₂) (3)

3. Методи і засоби вимірювання теплопровідності

З формули (3) випливає метод вимірювання теплопровідності різних матеріалів. Для цього необхідно пластину з матеріалу, що досліджується, розмістити між нагрівачем з температурою T₁ і охолоджувачем з температурою T₂ і виміряти кількість теплоти, що проходить крізь пластину. При цьому необхідно забезпечити однаковість температур на поверхнях контакту пластини з нагрівачем і охолоджувачем відповідно. Досить складним завданням є вимірювання теплоти, яка проходить крізь пластину. Необхідно знати (вимірювати) теплову потужність нагрівача і добре ізолювати його з усіх сторін, які не контактують з пластиною з тим, щоб втрати теплоти у навколишнє середовище можна було б не враховувати, або внести відповідні експериментальні чи теоретичні поправки. Інша можливість – це виміряти теплоту, яка тече крізь пластину до охолоджувача за допомогою калориметра. Це може бути, наприклад, ізотермічний калориметр, або так званий проточний калориметр, який дозволяє вимірювати підвищення теплоємності води, іншої рідини або газу, які охолоджують поверхню калориметра, що контактує з пластиною, що досліджується. Цей спосіб дозволяє досягти більш достовірних результатів, тому що охолоджувач легше теплоізолювати від навколишнього середовища, ніж нагрівач.

4. Метрологічне забезпечення вимірювання теплопровідності

Для вимірювання теплопровідності матеріалів створюються спеціальні теплові стенди в лабораторіях чи пересувні установки для використання в промислових умовах. Достовірність вимірювань за допомогою цих установок і стендів гарантується відповідним метрологічним забезпеченням. Звичайно застосовується ступенева схема прямих вимірювань, яка дозволяє передати розмір одиниці теплопровідності від еталонних стендів до зразкових 1-го і 2-го розрядів і далі – до робочої апаратури. Ця передача може здійснюватись із застосуванням еталонних зразків матеріалів у певних діапазонах значень коефіцієнтів теплопровідності: високих (метали), середніх (звичайні будівельні матеріали) і низьких (теплоізоляційні матеріали – скло, скловата, спеціальна кераміка тощо).

Для різних речовин теплопровідність залежить від їхньої структури, щільності, вологості, тиску і температури. Достовірні (правильні і точні) значення коефіцієнтів теплопровідності визначають за допомогою спеціальних, ретельних і трудомістких лабораторних досліджень. При технічних розрахунках звичайно застосовують наближені значення коефіцієнтів теплопровідності. Орієнтовні значення коефіцієнтів теплопровідності деяких матеріалів наведені у таблиці 1.

Таблиця 1. Значення коефіцієнтів теплопровідності різних матеріалів (λ , Вт/мК)

Срібло	418
Чиста мідь	390-400
Сталь, чавун	45-60
Шамотна цегла	1-1,4
Червона цегла	0,55-0,8
Бетон	0,9-1,4
Дерево	0,11-0,17
Азбест	0,09-0,19
Шлакова вата	0,07
Вода (0 – 100 оС)	0,55-0,7
Лід	2,5
Повітря (0 – 1000 оС)	0,024-0,075