Коэффициент теплопроводности строительных материалов: что это и как применить, таблица значений

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 теплоизоляционную 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.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

• При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.

• Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.

• Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.

Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.

Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

• пенообразования;
• газообразования;
• водозатворения;
• вспучивания;
• внедрения добавок;
• создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

λ = Q / S *(T1-T2)*t,

Где:

• Q – количество тепла;
• S – толщина материала;
• T1, T2 – температура с двух сторон материала;
• t – время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d2 – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

1. Режим стационарных измерений.
2. Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне – 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.

Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

Понятие теплопроводности на практике

Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания. При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно. Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.

Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.

Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла. Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.

Строительные материалы с несущей конструкционной стойкостью и их свойства теплопроводности

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.

Таблица коэффициентов теплопроводности кирпичных кладок и каменных облицовок стен

 

Наименование материала	ρ Средняя плотность материала кг/м³λ₀	Коэффициент теплопроводности в идеальных условиях и в сухом состоянии Вт/(м×℃)λА	Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации А Вт/(м×℃)λБ	Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б Вт/(м×℃)
Кирпичная кладка из сплошного кирпича на различных растворах
Стандартный керамический (глиняный) – на цементно-песчаном кладочном растворе	1800	0,56	0,70	0,81
Стандартный керамический на цементно-шлаковом растворе	1700	0,52	0,64	0,76
Стандартный керамический на цементно-перлитовом растворе	1600	0,47	0,58	0,70
Силикатный на цементно-песчаном кладочном растворе	1800	0,70	0,76	0,87
Трепельный термоизоляционный, на цементно-песчаном кладочном растворе	1200	0,35	0,47	0,52
— то же, но с плотностью	1000	0,29	0,41	0,47
Шлаковый, на цементно-песчаном кладочном растворе	1500	0,52	0,64	0,70
Кладка из пустотного кирпича
Кирпич керамический, с плотностью 1400 кг/м³, на цементно-песчаном кладочном растворе	1600	0,47	0,58	0,64
— то же, но с плотностью кирпича 1300 кг/м³	1400	0,41	0,52	0,58
— то же, но с плотностью кирпича 1000 кг/м³	1200	0,35	0,47	0,52
Кирпич силикатный, одиннадцатипустотный, на цементно-песчаном кладочном растворе	1500	0,64	0,70	0,81
— то же, четырнадцатипустотный	1400	0,52	0,64	0,76
Кладка или облицовка поверхностей натуральным камнем
Гранит или базальт	2800	3,49	3,49	3,49
Мрамор	2800	2,91	2,91	2,91
Туф	2000	0,76	0,93	1,05
— то же, но с плотностью	1800	0,56	0,70	0,81
— то же, но с плотностью	1600	0,41	0,52	0,64
— то же, но с плотностью	1400	0,33	0,43	0,52
— то же, но с плотностью	1200	0,27	0,35	0,41
— то же, но с плотностью	1000	0,21	0,24	0,29
Известняк	2000	0,93	1,16	1,28
— то же, но с плотностью	1800	0,70	0,93	1,05
— то же, но с плотностью	1600	0,58	0,73	0,81
— то же, но с плотностью	1400	0,49	0,56	0,58

Таблица коэффициентов теплопроводности бетонов различного типа

Наименование материала

ρ кг/м³λ₀Вт/(м×℃)λАВт/(м×℃)λБВт/(м×℃)

Бетоны на плотном заполнителе
Железобетон	2500	1.69	1.92	2.04
Бетон на натуральном гравии или щебне	2400	1.51	1.74	1.86
Бетоны на натуральных пористых заполнителях
Пемзобетон	1600	0.52	0.6	0.68
— то же, но с плотностью	1400	0.42	0.49	0.54
— то же, но с плотностью	1200	0.34	0.4	0.43
— то же, но с плотностью	1000	0.26	0.3	0.34
— то же, но с плотностью	800	0.19	0.22	0.26
Туфобетон	1800	0.64	0.87	0.99
— то же, но с плотностью	1600	0.52	0.7	0.81
— то же, но с плотностью	1400	0.41	0.52	0.58
— то же, но с плотностью	1200	0.29	0.41	0.47
Бетон на вулканическом шлаке	1600	0.52	0.64	0.7
— то же, но с плотностью	1400	0.41	0.52	0.58
— то же, но с плотностью	1200	0.33	0.41	0.47
— то же, но с плотностью	1000	0.24	0.29	0.35
— то же, но с плотностью	800	20	0.23	0.29
Бетоны на искусственных пористых наполнителях
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией	1200	0.41	0.52	0.58
— то же, но с плотностью	1000	0.33	0.41	0.47
— то же, но с плотностью	800	0.23	0.29	0.35
Керамзитобетон на керамзитовом песке или керамзитопенобетон	1800	66	0.8	0.92
— то же, но с плотностью	1600	0.58	0.67	0.79
— то же, но с плотностью	1400	0.47	0.56	0.65
— то же, но с плотностью	1200	0.36	0.44	0.52
— то же, но с плотностью	1000	0.27	0.33	0.41
— то же, но с плотностью	800	0.21	0.24	0.31
— то же, но с плотностью	600	0.16	0.2	0.26
— то же, но с плотностью	500	0.14	0.17	0.23
Керамзитобетон на перлитовом песке	1000	0.28	0.35	0.41
— то же, но с плотностью	800	0.22	0.29	0.35
Перлитобетон	1200	0.29	0.44	0.5
— то же, но с плотностью	1000	0.22	0.33	0.38
— то же, но с плотностью	800	0.16	0.27	0.33
— то же, но с плотностью	600	0.12	0.19	0.23
Шлакопемзобетон	1800	0.52	0.63	0.76
— то же, но с плотностью	1600	0.41	0.52	0.63
— то же, но с плотностью	1400	0.35	0.44	0.52
— то же, но с плотностью	1200	0.29	0.37	0.44
— то же, но с плотностью	1000	0.23	0.31	0.37
Шлакопемзопено и шлакопемзогазобетон	1600	0.47	0.63	0.7
— то же, но с плотностью	1400	0.35	0.52	0.58
— то же, но с плотностью	1200	0.29	0.41	0.47
— то же, но с плотностью	1000	0.23	0.35	0.41
— то же, но с плотностью	800	0.17	0.29	0.35
Вермикулетобетон	800	0.21	0.23	0.26
— то же, но с плотностью	600	0.14	0.16	0.17
— то же, но с плотностью	400	0.09	0.11	0.13
— то же, но с плотностью	300	0.08	0.09	0.11
Ячеистые бетоны
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат	1000	0.29	0.41	0.47
— то же, но с плотностью	800	0.21	0.33	0.37
— то же, но с плотностью	600	0.14	0.22	0.26
— то же, но с плотностью	400	0.11	0.14	0.15
— то же, но с плотностью	300	0.08	0.11	0.13
Газозолобетон, пенозолобетон	1200	0.29	0.52	0.58
— то же, но с плотностью	1000	0.23	0.44	0.59
— то же, но с плотностью	800	0.17	0.35	0.41

Таблица коэффициентов теплопроводности строительных растворов на цементной, известковой, гипсовой основе

 

Наименование материала	ρкг/м³λ₀	Вт/(м×℃)λА	Вт/(м×℃)λБ	Вт/(м×℃)
Обычный цементно-песчаный раствор	1800	0.58	0.76	0.93
Сложный раствор из цемента, песка, извести	1700	0.52	0.7	0.87
Цементно-шлаковый раствор	1400	0.41	0.52	0.64
Цементно-перлитовый раствор	1000	0.21	0.26	0.3
— то же, но с плотностью	800	0.16	0.21	0.26
Известково-песчаный раствор	1600	0.47	0.7	0.81
— то же, но с плотностью	1200	0.35	0.47	0.58
Гипсово-перлитовый раствор	600	0.14	0.19	0.23
Гипсово-перлитовый поризованный раствор	500	0.12	0.15	0.19
— то же, но с плотностью	400	0.09	0.13	0.15
Гипсовые плиты литые конструкционные	1200	0.35	0.41	0.47
— то же, но с плотностью	1000	0.23	0.29	0.35
Листы гипсокартона (сухая штукатурка)	800	0.15	0.19	0.21

Таблица коэффициентов теплопроводности дерева, изделий на основе древесины, а также других природных материалов

Наименование материала	ρкг/м³λ₀	Вт/(м×℃)λА	Вт/(м×℃)λБ	Вт/(м×℃)
Хвойная древесина (сосна иди ель) поперек волокон	500	0,09	0,14	0,18
— они же — вдоль волокон	500	0,18	0,29	0,35
Древесина плотных лиственных пород (дуб, бук, ясень) поперек волокон	700	0,1	0,18	0,23
— они же — вдоль волокон	700	0,23	0,35	0,41
Клееная фанера	600	0,12	0,15	0,18
Облицовочный картон	1000	0,18	0,21	0,23
Картон строительный многослойный	650	0,13	0,15	0,18
Плиты древесно-волокнистые (ДВП), древесно-стружечные (ДСП), ориентированно-стружечные (ОСП)	1000	0,15	0,23	0,29
— то же, но для плотности	800	0,13	0,19	0,23
— то же, но для плотности	600	0,11	0,13	0,16
— то же, но для плотности	400	0,08	0,11	0,13
— то же, но для плотности	200	0,06	0,07	0,08
Плиты фибролитовые, арболит на основе портландцемента	800	0,16	0,24	0,3
— то же, но для плотности	600	0,12	0,18	0,23
— то же, но для плотности	400	0,08	0,13	0,16
— то же, но для плотности	300	0,07	0,11	0,14
Плиты камышитовые	300	0,07	0,09	0,14
— то же, но для плотности	200	0,06	0,07	0,09
Плиты торфяные термоизоляционные	300	0,064	0,07	0,08
— то же, но для плотности	200	0,052	0,06	0,064
Пакля строительная	150	0,05	0,06	0,07

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 следующих таблицах:

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.

Таблица коэффициентов теплопроводности материалов, применяемых в термоизоляционных целях

 

Наименование материала	ρкг/м³λ₀	Вт/(м×℃)λА	Вт/(м×℃)λБ	Вт/(м×℃)
Минеральная вата, стекловата
Маты минеральной ваты прошивные или на синтетическом связующем	125	0.056	0.064	0.07
— то же, но для плотности	75	0.052	0.06	0.064
— то же, но для плотности	50	0.048	0.052	0.06
Плиты минеральной ваты на синтетическом и битумном связующих — мягкие, полужесткие и жесткие	350	0.091	0.09	0.11
— то же, но для плотности	300	0.084	0.087	0.09
— то же, но для плотности	200	0.07	0.076	0.08
— то же, но для плотности	100	0.056	0.06	0.07
— то же, но для плотности	50	0.048	0.052	0.06
Плиты минеральной ваты на органофосфатном связующем — повышенной жесткости	200	0.064	0.07	0.076
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем	50	0.056	0.06	0.064
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные	150	0.061	0.064	0.07
Синтетические утеплители
Пенополистирол	150	0.05	0.052	0.06
— то же, но для плотности	100	0.041	0.041	0.052
— то же, но для плотности	40	0.038	0.041	0.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1	125	0.052	0.06	0.064
— то же, но для плотности	100 и менее	0.041	0.05	0.052
Пенополиуретан плитный	80	0.041	0.05	0.05
— то же, но для плотности	60	0.035	0.041	0.041
— то же, но для плотности	40	0.029	0.04	0.04
Пенополиуретан напылением	35	0.027	0.033	0.035
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта	100	0.047	0.052	0.076
— то же, но для плотности	75	0.043	0.05	0.07
— то же, но для плотности	50	0.041	0.05	0.064
— то же, но для плотности	40	0.038	0.041	0.06
Пенополиэтилен	30	0.03	0.032	0.035
Плиты из полиизоцианурата (PIR)	35	0.024	0.028	0.031
Перлитопласт-бетон	200	0.041	0.052	0.06
— то же, но для плотности	100	0.035	0.041	0.05
Перлитофосфогелевые изделия	300	0.076	0.08	0.12
— то же, но для плотности	200	0.064	0.07	0.09
Каучук вспененный	85	0.035	0.04	0.045
Утеплители на натуральной основе
Эковата	60	0.041	0.054	0.062
— то же, но для плотности	45	0.038	0.05	0.055
— то же, но для плотности	35	0.035	0.042	0.045
Пробка техническая	50	0.037	0.043	0.048
Листы пробковые	220	0.035	0.041	0.045
Плиты льнокостричные термоизоляционные	250	0.054	0.062	0.071
Войлок строительный шерстяной	300	0.057	0.065	0.072
— то же, но для плотности	150	0.045	0.051	0.059
Древесные опилки	400	0.092	1.05	1.12
— то же, но для плотности	200	0.071	0.078	0.085
Засыпки минеральные
Керамзит — гравий	800	0.18	0.21	0.23
— то же, но для плотности	600	0.14	0.17	0.2
— то же, но для плотности	400	0.12	0.13	0.14
— то же, но для плотности	300	0.108	0.12	0.13
— то же, но для плотности	200	0.099	0.11	0.12
Шунгизит — гравий	800	0.16	0.2	0.23
— то же, но для плотности	600	0.13	0.16	0.2
— то же, но для плотности	400	0.11	0.13	0.14
Щебень из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглоперита	800	0.18	0.21	0.26
— то же, но для плотности	600	0.15	0.18	0.21
— то же, но для плотности	400	1.122	0.14	0.16
Щебень и песок из вспученного перлита	600	0.11	0.111	0.12
— то же, но для плотности	400	0.076	0.087	0.09
— то же, но для плотности	200	0.064	0.076	0.08
Вермикулит вспученный	200	0.076	0.09	0.11
— то же, но для плотности	100	0.064	0.076	0.08
Песок строительный сухой	1600	0.35	0.47	0.58
Пеностекло или газостекло
Пеностекло или газо-стекло	400	0.11	0.12	0.14
— то же, но для плотности	300	0.09	0.11	0.12
— то же, но для плотности	200	0.07	0.08	0.09

Таблица коэффициентов теплопроводности кровельных, гидроизоляционных, облицовочных, рулонных и наливных напольных покрытий

Наименование материала	ρкг/м³λ₀	Вт/(м×℃)λА	Вт/(м×℃)λБ	Вт/(м×℃)
Асбестоцементные
Листы асбестоцементные плоские («плоский шифер»)	1800	0.35	0.47	0.52
— то же, но для плотности	1600	0.23	0.35	0.41
На битумной основе
Битумы нефтяные строительные и кровельные	1400	0.27	0.27	0.27
— то же, но для плотности	1200	0.22	0.22	0.22
— то же, но для плотности	1000	0.17	0.17	0.17
Асфальтобетон	2100	1.05	1.05	1.05
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем	400	0.111	0.12	0.13
— то же, но для плотности	300	0.067	0.09	0.099
Рубероид, пергамин, толь, гибкая черепица	600	0.17	0.17	0.17
Линолеумы и наливные полимерные полы
Линолеум поливинилхлоридный многослойный	1800	0.38	0.38	0.38
— то же, но для плотности	1600	0.33	0.33	0.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове	1800	0.35	0.35	0.35
— то же, но для плотности	1600	0.29	0.29	0.29
— то же, но для плотности	1400	0.23	0.23	0.23
Пол наливной полиуретановый	1500	0.32	0.32	0.32
Пол наливной эпоксидный	1450	0.029	0.029	0.029

Особенности теплопроводности готового строения

Планируя проект будущего дома, нужно обязательно учесть возможные потери тепловой энергии. Большая часть тепла уходит через двери, окна, стены, крышу и полы.

В многоквартирных домах потери тепла будут отличаться по сравнению с частным строением

Если не выполнять расчеты по теплосбережению дома, то в помещении будет прохладно. Рекомендуется постройки из кирпича, бетона и камня дополнительно утеплять.

Утепление построек из бетона или камня повышает комфортные условия внутри здания

Полезный совет! Перед тем как утеплять жилище, необходимо продумать качественную гидроизоляцию. При этом даже повышенная влажность не повлияет на особенности теплоизоляции в помещении.

Эффективность многослойных конструкций

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.

Таблица теплопроводности строительных материалов необходима при проектировании защиты здания от теплопотерь согласно нормативам СНиП от 2003 года под номером 23-02. Этими мероприятиями обеспечивается снижение эксплуатационного бюджета, поддержание круглогодичного комфортного микроклимата внутри помещений. Для удобства пользователей все данные сведены в таблицы, даны параметры для нормальной эксплуатации, условий повышенной влажности, так как, некоторые материалы при увеличении этого параметра резко снижают свойства.

Таблица теплопроводности строительных материалов позволяет использовать точные коэффициенты для стеновых конструкционных материалов. Нормативы СНиП регламентируют сопротивление фасадов коттеджа передаче тепла холодному воздуху улицы в пределах 3,2 единиц. Перемножив эти значения, можно получить необходимую толщину стены, чтобы определиться с количеством материала.

Таким образом, каждый индивидуальный застройщик, отапливая помещение в зимний период, получает потери тепловой энергии, уходящей из жилища сквозь наружные стены, полы, окна, кровлю. Чтобы сократить расход энергоносителя для обогрева помещений, сохранив внутри них комфортный для эксплуатации микроклимат, необходимо рассчитать толщину всех ограждающих конструкций на этапе проектирования. Это позволит сократить бюджет строительства.

Теплопроводность является одним из способов потерь тепла жилыми помещениями. Эта характеристика выражается количеством тепла, способным проникнуть сквозь единицу площади материала (1 м 2) за секунду при стандартной толщине слоя (1 м). Физики объясняют выравнивание температур различных тел, объектов путем теплопроводности природным стремлением к термодинамическому равновесию всех материальных веществ.

Например, при выборе ячеистого бетона с коэффициентом 0,12 единиц достаточно кладки в один блок длиной 0,4 м. используя более дешевые блоки из этого же материала с коэффициентом 0,16 единиц, потребуется сделать стену толще – 0,52 м. Коэффициент теплопроводности сосны, ели составляет 0,18 единиц. Поэтому, для соблюдения условия сопротивления теплопередаче 3,2, потребуется 57 см брус, которого не существует в природе. При выборе кирпичной кладки с коэффициентом 0,81 единица толщина наружных стен грозит увеличением до 2,6 м, железобетонных конструкций – до 6,5 м.

На практике стены изготавливают многослойными, закладывая внутрь слой утеплителя или обшивая теплоизолятором наружную поверхность. У этих материалов коэффициент теплопроводности гораздо ниже, что позволяет уменьшить толщину многократно. Конструкционный материал обеспечивает прочность здания, теплоизолятор снижает теплопотери до приемлемого уровня. Современные облицовочные материалы, используемые на фасадах, внутренних стенах, так же обладают сопротивлением теплопотерям. Поэтому, в расчетах учитываются все слои будущих стен.

Вышеуказанные расчеты будут неточными если не учесть наличие в каждой стене коттеджа светопрозрачных конструкций. Таблица теплопроводности строительных материалов в нормативах СНиП обеспечивает легкий доступ к коэффициентам теплопроводности данных материалов.

При выборе типового или индивидуального проекта застройщик получает комплект документации, необходимый для возведения стен. Силовые конструкции в обязательном порядке просчитаны на прочность с учетом ветровых, снеговых, эксплуатационных, конструкционных нагрузок. Толщина стен учитывает характеристики материала каждого слоя, поэтому, теплопотери гарантированно будут ниже допустимых норм СНиП. В этом случае заказчик может предъявить претензии организации, занимавшейся проектированием, при отсутствии необходимого эффекта в процессе эксплуатации жилища.

Плотность и теплопроводность

В настоящее время нет такого строительного материала, высокая несущая способность которого сочеталась бы с низкой теплопроводностью. Строительство зданий по принципу многослойных конструкций позволяет:

Комбинация конструкционного материала и теплоизоляционного позволяет обеспечить прочность и снизить потерю тепловой энергии до оптимального уровня. Поэтому при проектировании стен при расчётах учитывается каждый слой будущей ограждающей конструкции.

Важно также учитывать плотность при строительстве дома и при его утеплении.

Плотность вещества – фактор, влияющий на его теплопроводность, способность задерживать в себе основной теплоизолятор – воздух.

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.

Расчет толщины стены по теплопроводности вручную по формулам

Рассчитать толщину стены очень просто. Для этого нужно сложить все коэффициенты теплопроводности материалов, которые были использованы для сооружения стены. К примеру, кирпич, штукатурный раствор снаружи, плюс наружная облицовка, если такая будет использоваться. Внутренние выравнивающие материалы, это может быть все та же штукатурка или гипсокартонные листы, другие плитные или панельные покрытия. Если есть воздушная прослойка, то учитывают и ее.

Толщина стен из разных стройматериалов с одинаковым тепловым сопротивлением

Есть так называемая удельная теплопроводность по регионам, которую берут за основу.

Так вот расчетная величина не должна быть больше удельной.

В таблице ниже по городам дана удельная тепловая проводимость.

Регион	Москва	Санкт-Петербург	Ростов	Сочи
Теплопроводность	3,14	3,18	2,75	2,1

 

То есть, чем южнее, тем общая теплопроводность материалов должна быть меньше. Соответственно, можно уменьшать и толщину стены.

Пример расчета толщины стены по теплопроводности

Однако, при строительстве дачи, садового домика многие владельцы предпочитают экономить на приобретении проектной документации. В этом случае расчеты толщины стен можно произвести самостоятельно. Специалисты не рекомендуют пользоваться сервисами на сайтах компаний, реализующих конструкционные материалы, утеплители. Многие из них завышают в калькуляторах значения коэффициентов теплопроводности стандартных материалов для представления собственной продукции в выгодном свете. Подобнее ошибки в расчетах чреваты для застройщика снижением комфортности внутренних помещений в холодный период.

• теплосопротивление стены – 3,5 либо больше этого числа (согласно СНиП), является суммой теплосопротивлений всех слоев, из которых состоит несущая стена
• коэффициент теплопроводности строительных материалов – каждый производитель конструкционного материала, светопрозрачных конструкций, утеплителя указывает его в обязательном порядке, однако, лучше дополнительно свериться с таблицей в нормативах СНиП
• теплосопротивление отдельного слоя стены – вычисляется путем умножения толщины слоя (м) на коэффициент теплопроводности материала

Самостоятельный расчет не представляет сложностей, используется ограниченное количество формул, нормативных значений:

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.

Классификация теплоизоляции

По способу передачи тепла теплоизоляционные материалы разделяются на два вида:

• Утеплитель который поглощает любое воздействие холода, жары, химического воздействия и т.д.;
• Утеплитель, умеющий отражать все виды воздействия на него;

По значению коэффициентов теплопроводности материала, из которого изготовлен утеплитель его различают по классам:

• А класс. Такой утеплитель имеет наименьшую тепловую проводимость, максимальное значение которой 0,06 Вт (м*С);
• Б класс. Обладает средним показателем СИ параметра и достигает 0,115 Вт (м*С);
• В класс. Наделён высокой теплопроводностью и демонстрирует показатель в 0,175 Вт (м*С);

Примечание! Не все утеплители имеют стойкость к высоким температурам. Например, эковата, соломит, ДСП, ДВП и торф нуждаются в надёжной защите от внешних условий.

Определение уровня тепловых потерь

Еще одна важная задача – это определение величины тепловых потерь через ограждающую конструкцию. Такие вычисления бывают необходимы когда, например, определяется требуемая мощность системы отопления. Как по помещениям — для правильной расстановки обогревательных приборов (радиаторов), так и общая — для выбора оптимальной модели котла.

Каждая конструкция характеризуется своим уровнем тепловых потерь, которые необходимо определять и для правильного планирования системы отопления, и для совершенствования системы термоизоляции.

Дело в том, что это сопротивление описывается еще одной формулой, уже от разницы температур и количества тепла, уходящего через ограждающую конструкцию площадью один квадратный метр.

R = Δt / q

Δt — разница температур по обе стороны конструкции, ℃.

q — удельное количество теряемого тепла, Вт.

То есть если известна площадь ограждающей конструкции и ее термическое сопротивление (определенное, например, через толщину и коэффициент теплопроводности), если известно, для каких условий производится расчет (например, нормальная температура в помещении и самые сильные морозы, присущие данной местности), то можно спрогнозировать и тепловые потери через эту конструкцию.

Q = S × Δt/R

Q — теплопотери через ограждающую конструкцию, Вт.

S — площадь этой конструкции, м².

Такие расчеты в помещении проводятся для всех ограждающих конструкций, контактирующих с холодом, и затем определяется суммарные потери, которые должны компенсироваться системой отопления. Или, если эти потери получаются слишком большими – это становится побудительным мотивом к усовершенствованию системы термоизоляции – что-то с ней не так.

Еще одна ремарка. Это мы говорили о конструкциях, состоящих из нескольких слоев разных строительных и утеплительных материалов. А как быть с окнами? Как для них просчитывается сопротивление теплопередаче?

Методика здесь – несколько иная, и самостоятельно заниматься такими расчетами вряд ли имеет смысл. Можно воспользоваться таблицей, в которой уже имеются готовые значения сопротивления для различных типов конструкций окон.

Таблица приведенных значений сопротивления теплопередаче для окон, остекленных балконных дверей, световых проемов (фонарей)

Материал и схема заполнения проема Приведенное термическое Ro, м ² × °С/Вт

	Д и ПВХ	А
Двойное остекление в спаренных переплетах	0.4	—
Двойное остекление в раздельных переплетах	0.44	0,34*
Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах	0.55	0.46
Однокамерный стеклопакет:
— из обычного стекла	0.38	0.34
— из стекла с твердым селективным покрытием	0.51	0.43
— из стекла с мягким селективным покрытием	0.56	0.47
Двухкамерный стеклопакет:
— из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 6 мм)	0.51	0.43
— из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 12 мм)	0.54	0.45
— из стекла с твердым селективным покрытием	0.58	0.48
— из стекла с мягким селективным покрытием	0.68	0.52
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0.65	0.53
Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
— из обычного стекла	0.56	—
— из стекла с твердым селективным покрытием	0.65	—
— из стекла с мягким селективным покрытием	0.72	—
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0.69	—
Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
— из обычного стекла	0.68	—
— из стекла с твердым селективным покрытием	0.74	—
— из стекла с мягким селективным покрытием	0.81	—
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном	0.82	—
Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах	0.7	—
Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах	0.74	—
Четырехслойное остекление в двух спаренных переплетах	0.8	—
Блоки стеклянные пустотные (с шириной кладочных швов 6 мм) размером:
-200×200 ×100 мм	0,31 (без переплета)
-250×250 ×100 мм	0,33 (без переплета)
Примечания:
Д и ПВХ — переплеты из дерева или пластика (поливинилхлорида)
А — переплеты из алюминия
* — перепеты из стали
все указанные значения даны для площади остекления 75% от площади светового проема

Понятно, что тепловые потери будут считаться,  исходя из площади остекления и разницы температур.

Надо заметить, что профессиональные теплотехнические расчеты учитывают еще и множество различных поправочных коэффициентов, в том числе на инсоляцию (воздействие солнечных лучей), светопоглощающие и отражающие свойства поверхностей, неоднородность конструкций и другие. Но для самостоятельной первичной оценки достаточно и того алгоритма, что приведен выше.

Для любителей же более обстоятельного подхода можно порекомендовать следующий видеосюжет:

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.

1. 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.
2. 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

• Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

 

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.

Алгоритмы расчета сопротивления теплопередачи стены