Коэффициент теплопроводности строительных материалов: что означает показатель + таблица значений

Как рассчитать необходимую теплопроводимость?

Стены из газоблоков должны иметь достаточную ширину, чтобы в помещении сохранялось тепло. Если сделать их слишком тонкими, то здание будет выхолаживаться. Чтобы не столкнуться с такой проблемой, необходимо правильно выполнить расчеты. Не допустить ошибку помогают правила СНИП, которые имеются для каждого региона страны. Влажностный режим бывает 3 типов:

• Влажный – 1.
• Нормальный – 2.
• Сухой – 3.

Понять, в каком регионе проживает человек, поможет специальная карта:

Чем выше уровень влажности воздуха в регионе проживания, тем толще и плотнее должны быть стены, так как сырость способствует быстрым теплопотерям.

Без учета коэффициента теплопроводности газобетонного блока невозможно правильно определить толщину стены строящегося здания.

Чтобы точно высчитать толщину стен, прибегают к специальной формуле. Она выглядит следующим образом:

Пользоваться этой формулой очень просто. Практический пример:

Rreg для Москвы – 3,28. λ для газоблока марки D500, 5% влажности – 0,14. Итого: Т= 3,28 x 0,147 = 0,48.

Значит, толщина стены в Москве с учетом теплопроводности выбранного газоблока должна составлять не менее 48 см.

Для примера приведена минимальная толщина стен из газоблоков марки D500 для разных городов России:

• Москва – 35 см.
• Новосибирск – 45 см.
• Якутск – 65 см.

Чем выше показатели влажности в регионе и чем там холоднее, тем толще должны быть стены. В противном случае добиться качественной теплоизоляции не удастся.

Неопытные строители часто возводят слишком тонкие стены, руководствуясь рекомендациями производителей газоблоков, которые не учитывают множество факторов в виде мостиков холода, климатических особенностей региона и пр.

Специалисты в этом вопросе приходят к единому мнению: стена из газобетона не должна быть тоньше 350 мм.

Преимущества утепления полистиролбетоном

1. Прост в применении. Полистиролбетон упрощает строительство. Применение полистиролбетона обеспечивает высокую технологичность строительству. Полистиролбетон легко пилится, гвоздится, сверится, штробится (увеличивая тем самым скорость возведения стен в 10 раз и снижая трудозатраты в 3 раза).

2. Долговечен (в отличие от полимерных материалов, которые значительно быстрее стареют и разрушаются). По своим характеристикам и потребительским свойствам полистиролбетон очень близок к дереву, но имеет значительно большую долговечность.

3. Прочный (прочность на сжатие до 3,60 мПа). Основной вяжущий компонент полистиролбетона — цемент, который со временем набирает наибольшую прочность, т.е. в процессе эксплуатации полистиролбетона происходит нарастание его прочности.

4. Ударовязкий, пластичный и трещиностойкий. Даже при очень больших нагрузках (например, при землятресениях), полистиролбетон только деформируется (сминается, гнется, продавливается), но не разрушается (не колется и не ломается). Полистиролбетон – единственный стеновой материал обладающий таким уникальным качеством, как трещиностойкость (в отличие от своих «конкурентов» керамзитобетона, пенобетона и газобетона, которые являются хрупкими материалами, не имеющими свойств пластичности или растяжения на изгиб). Благодаря повышенной в 1,3-1,5 раза прочности на растяжение (осевое и при изгибе), в сейсмоопасных регионах полистиролбетон основной строительный материал (сейсмостойкость зданий из полистиролбетона — до 9 баллов по шкале Рихтера).

5. Влагостоек. При изменении влажности полистиролбетон не деформируется. Влага не влияет на теплоизолирующие свойства полистиролбетона и не вызывает образования в нем бактерий и плесени.

6. Трудногорюч – (группа горючести Г1 по ГОСТ 30244-94; группа воспламеняемости В1 по ГОСТ 30402-96; умеренная дымообразующая способность по ГОСТ 12.1.044-89). При увеличении температуры шарики (гранулы) полистирола сжимаются, оставляя в местах контакта с открытым огнём пористый и довольно прочный цементный каркас, сохраняющий практически все свойства материала.

7. Экологически и гигиенически безопасен. Полистиролбетон относится к классу малоопасных материалов по показателям токсичности продуктов горения согласно ГОСТ 12.1.044-89. Полистиролбетон не подвержен гниению (не является питательной средой для микроорганизмов и грибков). В производстве используется только пищевой полистирол. Из вспененного полистирола сегодня делается одноразовая посуда, продуктовые лоточки.

8. Обладает высокой морозостойкостью (F25-F100) по методике ГОСТ 10060 с оттаиванием замороженных образцов в воде при амплитуде колебания температуры с + 75°С до – 30°С.

9. Обладает низкой теплопроводностью (δ=0,06-0,08 Вт/м°С). Полистиролбетон — отличный теплоизоляционный материал. На сегодняшний день он самый теплый строительный продукт по теплопроводности (превосходит даже дерево: полистиролбетонные конструкции на 0,015 Вт/мк теплее деревянных). Это уникальное свойство позволяет достигать значительной экономии строительных материалов за счёт меньшей толщины возводимых стен. Блок толщиной 30 см заменяет около 2-х метров кирпичной кладки.

10. «Дышащий». Стены из полистиролбетона не препятствуют воздухообмену, т.е. способны «дышать», а благодаря высокой паропроницаемости — регулировать влажность воздуха. В результате во внутренних помещениях устанавливается благоприятный микроклимат, близкий к микроклимату деревянных домов.

11. Высокая шумо-, вибро- и звукоизоляционность. Полистиролбетон имеет высокие шумоизоляционные и вибропоглощающие свойства, что делает его незаменимым при устройстве межкомнатных внутренних перегородок.

12. Экономия при строительстве.

— Снижение трудозатрат в 3 раза. — Экономия раствора до 70% (при литье до 100%). — Снижение материалоёмкости в 5 раз. — Снижение затрат на доставку строительных материалов в 4 раза. — Снижение себестоимости квадратного метра строящейся площади за счёт меньшей толщины стен. — Не требует использования тяжёлой грузоподъёмной техники при строительстве дома. — Скорость возведения строений из полистиролбетона возрастает в 10 раз по сравнению с кирпичной кладкой. — Высокие показатели сохранения тепла позволяют достигать значительной экономии энергии на отопление при дальнейшей эксплуатации строений. — Затраты на отопление в 2-3,5 раза ниже, чем у кирпичного дома.

Плюсы и минусы

Для начала следует отметить тот факт, что полистиролбетонные блоки известны строительному миру довольно давно. Однако материал получил широкое распространение только в 1960-х годах. Это связано с тем, что изначально производство такого материала, как полистиролбетон было довольно сложным и дорогостоящим. Однако с развитием технологий ситуация поменялась. Сегодня пенополистиролбетонные блоки пользуются востребованностью в процессе строительства малоэтажных загородных построек. Материал используется не только в России, но и в других странах мира, например, Соединенные Штаты Америки, Германия, Франция и так далее.

Сырьевыми материалами для изготовления полистиролбетонных блоков являются следующими:

• портландцемент (который по своей сути является типом цемента);
• вода;
• гранулированный полистирол;
• кварцевый песок;
• пластификаторы.

Существует несколько методов изготовления полистиролбетонных блоков, а именно:

• кустарный (или литейный) – этот метод похож на процедуру изготовления неавтоклавного газобетона, так как все необходимые элементы соединяются между собой, заливаются в специально предназначенные формы и содержатся там до твердения;
• вибропрессование (или виброформовка) – данный способ применяется в промышленном производстве, он довольно сложный и длительный.

Полистиролбетонные блоки не являются идеальным строительным материалом. Для них характерен набор индивидуальных характеристик (причем как положительных, так и отрицательных). Таким образом, прежде чем приобретать материал и использовать его в строительстве, необходимо оценить все имеющиеся достоинства и недостатки.

Для начала рассмотрим имеющиеся достоинства материала.

• Доступность. Полистиролбетонные блоки обладают бюджетной ценой. Благодаря этому материал доступен для покупки практически каждому человеку (вне зависимости от его экономического и социального положения в обществе).
• Низкая теплопроводность. Благодаря этому свойству в процессе возведения дома нет необходимости обустраивать дополнительную изоляцию стен с помощью других материалов.
• Небольшая плотность и маленький вес. В связи с данным свойством материала вы имеете возможность снизить нагрузку на фундамент дома. При этом также уменьшаются материальные и финансовые затраты на транспортировку и кладку.
• Низкое водопоглощение. В связи с данной характеристикой полистиролбетонных блоков вода (и любая другая жидкость) не впитывается в поверхность. Кроме того, с данным свойством сопряжена такая характеристика, как низкая теплопроводность.
• Качественная звукоизоляция. В связи с этим полистиролбетонные блоки можно использовать для сооружения зданий любого предназначения.
• Простая обработка. Чтобы обработать материал, вам не нужно обладать большим количеством специализированных теоретических знаний или практических умений. Полистиролбетонные блоки легко подаются распилке или штроблению.
• Устойчивость к низким температурам. Благодаря морозостойкости, полистиролбетонные блоки используются для строительства в самых разных регионах нашей страны (включая северные).
• Экологическая чистота. Поскольку полистиролбетонные блоки являются безопасными с экологической точки зрения, их можно использовать для самых разных целей.

Несмотря на большое количество плюсов, необходимо помнить и об имеющихся минусах.

Низкий уровень прочности на сжатие. В связи с этим свойством материала следует помнить тот факт, что полистиролбетонные блоки – это материал, который не подходит для сооружения высоких зданий. Их можно применять для постройки сооружений не выше 2-х этажей.

Низкая паропроницаемость

В связи с этим важно создать специальную систему для отведения нежелательной влаги, например, систему кондиционирования или вентиляции. Горючесть. Полистиролбетонные блоки разлагаются под действием огня

Полистиролбетонные блоки разлагаются под действием огня

Горючесть. Полистиролбетонные блоки разлагаются под действием огня

Подобный процесс является причиной понижения прочности и теплозащитных характеристик материала.

Крепеж. Для того чтобы прикрепить что-либо на полистиролбетонный блок, нужно использовать качественные и надежные крепления, например, анкеры и дюбеля.

Таким образом, вы смогли убедиться, что достоинства материала значительно превышают его недостатки.

Разновидности

Чтобы правильно выбрать тип материала, необходимо четко сформулировать, для каких целей беде использоваться построенное сооружение. От этого зависят требуемые свойства изделий. В таблице полистиролбетона собраны основные характеристики материалов разных видов:

Вид	Форма выпуска
Теплоизоляционный	Плиты или монолитные конструкции
Теплоизоляционно-конструктивный	Блоки, доборные элементы, монолитные сооружения, перемычки
Конструктивно-теплоизоляционный	Блоки, монолитные конструкции, доборные элементы

Первый вид изделий применяется для обустройства покрытий и перекрытий, для укладки над проездами, для изоляции холодных подвалов, несущих стен, цокольных этажей. Теплоизоляционно-конструктивные изделия необходимы для защиты наружных стен от промерзания. Конструктивно-теплоизоляционные изделия отличаются прочностью, поэтому используются для строительства несущих наружных стен.

Резка полистиролбетона

Нюансы применения утеплителей

Есть некоторые полезные рекомендации, которые можно учитывать при выборе утеплителя и последующем монтаже. Например, для пола и потолка, то есть горизонтальных поверхностей, вы можете использовать буквально любой материал. Но следует применять дополнительный слой, обладающий высокой механической прочностью – это обязательное условие.

 Ну а для стен (вертикальных поверхностей) нужно использовать материалы в виде плит или листов. Если вы выберите рулонный материал или насыпной, то со временем материалы однозначно станут проседать. Значит, способ крепежа должен быть безукоризненный. А это уже отдельная тема.

Факторы влияния на теплопроводность

Теплопроводность зависит от плотности и толщины теплоизолята, поэтому важно учитывать ее при покупке. Плотность – это масса одного кубометра материалов, которые по этому критерию классифицируются как очень легкие, легкие, средние и жесткие. Легкие пористые изделия применяются для покрытия внутренних стен, несущих перегородок, плотные – для наружных работ

Легкие пористые изделия применяются для покрытия внутренних стен, несущих перегородок, плотные – для наружных работ

Легкие пористые изделия применяются для покрытия внутренних стен, несущих перегородок, плотные – для наружных работ.

Модификации с меньшей плотностью легче по весу, но имеют лучшие параметры теплопроводности. Сравнение утеплителей по плотности представлено в таблице.

Материал	Показатель плотности, кг/м3
Минвата	50-200
Экструдированный пенополистирол	33-150
Пенополиуретан	30-80
Мастика из полиуретана	1400
Рубероид	600
Полиэтилен	1500

Толщина материала также влияет на степень теплопередачи. Если она избыточная, нарушается естественная вентиляция помещений. Маленькая толщина становится причиной мостов холода и образования конденсата на поверхности. В результате стена покроется плесенью и грибком. Сравнить параметры толщины материалов можно в таблице.

Материал	Толщина, мм
Пеноплекс	20
Минвата	38
Ячеистый бетон	270
Кладка из кирпича	370

От чего зависят тепловые потери в доме

Снижение температуры в помещениях провоцируют разные причины. Утечки тепла в большей или меньшей степени происходят через стены, потолок, пол. Это непрерывный и неизбежный процесс. Однако больше всего тепла теряется через оконные проемы. Если в холодный день приложить руку к обычному тонкому стеклопакету, можно почувствовать холод. Чем ниже температура стекла, тем выше теплопроводность пластиковых окон и интенсивнее процесс энергообмена между улицей и внутренними помещениями. В среднем через проемы теряется до 44% выработанного тепла.
Именно поэтому огромное значение имеют виды комплектующих для сборки оконных и дверных блоков. От них зависит класс сопротивления теплопередаче окон, напрямую влияющий на потери энергии. Поддерживать температуру в комнатах в диапазоне 20-24°C будет значительно проще и дешевле, если правильно выбрать профили, фурнитуру и стеклопакеты. Упрощают задачу строительные нормативы. С 2003 года в процессе составления проектов и при возведении жилых объектов требуется придерживаться положений из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Эти положения дополнены законом № 261-ФЗ, который ужесточил требования к энергосбережению блоков из профильных систем.

Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены.
Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

Шумоизоляция.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

Увеличение полезной площади зданий.

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

Теплопроводность и паропроницаемость полистиролбетона

Значения теплопроводности и паропроницаемости полистиролбетона даны в таблице в зависимости от его плотности. Рассмотрены марки  полистиролбетона с плотностью от 150 до 600 кг/м3.

Теплопроводность полистиролбетона указана, как в сухом состоянии при температуре от -20 до 50°С, так и с учетом влажности. Следует отметить, что влажный полистиролбетон более теплопроводный, чем сухой. Теплопроводность полистиролбетона увеличивается с ростом его плотности.

Паропроницаемость полистиролбетона зависит от его плотности. Чем более плотен этот тип бетона, тем ниже его паропроницаемость.

Как рассчитать толщину стены

Для расчета необходимой толщины стены нужно знать:

• теплотехнические характеристика материала, из которого будет возводиться конструкция. Если материалов несколько – всех материалов.
• Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) Этот параметр можно взять из справочника или рассчитать по формуле ГСОП = (tв — tот)zот,

где tот, zот — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, tв — расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, по ГОСТ 30494. Для Москвы и Санкт-Петербурга ГСОП равен 6000

Сопротивление стены теплопередаче. Это справочная величина, зависящая от ГСОП, узнать ее величину можно в СНиП 2-3-79. Для жилых домов в Москве это 3,5 (м2?°С)/Вт.

Вычисление ведется по формуле формулой R = s / ? (м2•°С/Вт), где R — сопротивление теплопередаче, s — толщина стены (м), а ? — теплопроводность. Исходя из этой формулы, получаем S= R * ?. Пример расчета толщины стены жилого дома из полистиролбетонных блоков D600 в Москве: S = 3.5*0.14=0.49 м., т.е. для того, чтобы здание соответствовало СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», необходима полистиролбетонная стена толщиной почти полметра. Из красного кирпича толщина стены должна быть S=3.5*0.56=1.96 м. Это расчеты для сухого материала, с увеличением влажности коэффициент теплопроводности также увеличивается.

Стены меньшей толщины позволяют не только сохранить полезную площадь внутри постройки, но и уменьшают общий вес конструкции, снижая тем самым нагрузку на фундамент. Малоэтажные дома из полистиролбетона можно возводить на мелкозаглубленных ленточных фундаментах и даже на свайно-винтовых.

Относительно небольшой вес при высоких показателях теплозащиты позволяет использовать полистиролбетон при надстройке дополнительных этажей или мансард на уже построенных зданиях.

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

q→=−ϰgrad(T),{\displaystyle {\vec {q}}=-\varkappa \,\mathrm {grad} (T),}

где q→{\displaystyle {\vec {q}}} — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, ϰ{\displaystyle \varkappa } — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), T{\displaystyle T} — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad(T){\displaystyle \mathrm {grad} (T)} (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

P=−ϰSΔTl,{\displaystyle P=-\varkappa {\frac {S\Delta T}{l}},} [Вт/(м·К) · (м2·К)/м = Вт/(м·К) · (м·К) = Вт]

где P{\displaystyle P} — полная мощность тепловых потерь, S{\displaystyle S} — площадь сечения параллелепипеда, ΔT{\displaystyle \Delta T} — перепад температур граней, l{\displaystyle l} — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности ϰ{\displaystyle \varkappa } с удельной электрической проводимостью σ{\displaystyle \sigma } в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

ϰσ=π23(ke)2T,{\displaystyle {\frac {\varkappa }{\sigma }}={\frac {\pi ^{2}}{3}}\left({\frac {k}{e}}\right)^{2}T,}

где k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана;

e{\displaystyle e} — заряд электрона;

T{\displaystyle T} — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле

ϰ∼13ρcvλv¯,{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}\lambda {\bar {v}},}

где ρ{\displaystyle \rho } — плотность газа, cv{\displaystyle c_{v}} — удельная теплоёмкость при постоянном объёме, λ{\displaystyle \lambda } — средняя длина свободного пробега молекул газа, v¯{\displaystyle {\bar {v}}} — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как

ϰ=ik3π32d2RTμ,{\displaystyle \varkappa ={\frac {ik}{3\pi ^{3/2}d^{2}}}{\sqrt {\frac {RT}{\mu }}},}

где i{\displaystyle i} — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5{\displaystyle i=5}, для одноатомного i=3{\displaystyle i=3}), k{\displaystyle k} — постоянная Больцмана, μ{\displaystyle \mu } — молярная масса, T{\displaystyle T} — абсолютная температура, d{\displaystyle d} — эффективный (газокинетический) диаметр молекул, R{\displaystyle R} — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): ϰ∼13ρcvlv¯∝P{\displaystyle \varkappa \sim {\frac {1}{3}}\rho c_{v}l{\bar {v}}\propto P}, где l{\displaystyle l} — размер сосуда, P{\displaystyle P} — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

Сравнительные характеристики полистиролбетона

Конструкционные материалы для возведения ограждающих конструкций

Полистиролбетон	500	0,14	390 мм
Пенобетон, газобетон	500	0,18	500 мм
Керамзитобетон	1000	0,33	920 мм
Шлакопемзобетон	1000	0.35	975 мм
Кирпич керамический пустотный	1400	0,52	1450 мм
Кирпич силикатный четырнадцатипустотный	1400	0,64	1780 мм
Полистиролбетон	200	0,07

200 мм Плита минераловатная повышенной жесткости ППЖ

При реализации жилой недвижимости продаются квадратные метры, а не толщина стен. Из приведенной таблицы видно, что при возведении стен из полистиролбетона вы дополнительно получаете 11 см полезной площади по периметру всей квартиры, даже при сравнении с пенобетоном, газобетоном, не говоря о других материалах.

Теплоизоляционные материалы для утепления кровли:

Полистиролбетон	200	0,07	200 мм
Плита минераловатная повышенной жесткости (ППЖ)	200	0,07	200 мм

Теплоизоляционные характеристики полистиролбетона марки Д200 и минераловатной плиты ППЖ 200 одинаковы, но:

Гарантийный срок эксплуатации ППЖ 200 предоставляемый заводом изготовителем – 5 лет. А срок долговечности полистиролбетона – это десятки лет. Он не слеживается от времени. Вода проходит через утепление из полистиролбетона насквозь, как через решето, поэтому намокает небольшой утепленный участок непосредственно в месте нарушения гидроизоляции.

Монолитное утепление полистиролбетоном не имеет швов, а значит и мостиков холода. Полистиролбетон проливает все неровности перекрытия и труднодоступные места. По утеплению из полистиролбетона можно свободно ходить, т.е. чердачное помещение можно эксплуатировать.

Все выше перечисленное, является прямым доказательством неоспоримого преимущества полистиролбетона над пенобетоном, газобетоном и таким традиционным материалом как кирпич.