Коефициент на топлопроводност на строителни материали: какво означава показателят + таблица със стойности

Строителното дело предвижда използването на всякакви подходящи материали. Основните критерии са безопасност за живота и здравето, топлопроводимост, надеждност. Следват цена, естетически свойства, универсалност на приложение и т.н.

Нека разгледаме една от най-важните характеристики на строителните материали – коефициента на топлопроводимост, тъй като именно от това свойство до голяма степен зависи, например, нивото на комфорт в дома.

Какво е КТП на строителен материал?

Теоретично, а и практически също, строителните материали, като правило, създават две повърхности – външна и вътрешна. От гледна точка на физиката, топлата област винаги се стреми към студената област.

По отношение на строителния материал, топлината ще се стреми от една повърхност (по-топла) към друга повърхност (по-студена). Ето, именно способността на материала по отношение на такъв преход се нарича – коефициент на топлопроводимост или в абревиатура – КТП.

Схема, обясняваща ефекта на топлопроводимостта: 1 – топлинна енергия; 2 – коефициент на топлопроводимост; 3 – температура на първата повърхност; 4 – температура на втората повърхност; 5 – дебелина на строителния материал

Характеристиката на КТП обикновено се изгражда на базата на изпитвания, когато се взема експериментален образец с размери 100х100 см и към него се прилага топлинно въздействие, като се взема предвид разликата в температурите на двете повърхности от 1 градус. Времето на въздействие е 1 час.

Съответно, топлопроводимостта се измерва във Ватове на метър на градус (W/м°C). Коефициентът се обозначава с гръцкия символ λ.

По подразбиране, топлопроводимостта на различни материали за строителство със стойност по-малка от 0,175 W/м°C, приравнява тези материали към категорията на изолационните.

Съвременното производство е усвоило технологии за изработка на строителни материали, чието ниво на КТП е по-малко от 0,05 W/м°C. Благодарение на такива изделия, се постига изразен икономически ефект по отношение на потреблението на енергийни ресурси.

Влияние на факторите върху нивото на топлопроводимост

Всеки отделно взет строителен материал има определено строене и притежава своеобразно физическо състояние.

Основа за това са:

• размерност на кристалите на структурата;
• фазово състояние на веществото;
• степен на кристализация;
• анизотропия на топлопроводимостта на кристалите;
• обем на пористост и структура;
• посока на топлинния поток.

Всичко това са фактори на влияние. Определено влияние върху нивото на КТП оказва също химичният състав и примесите. Количеството на примесите, както показва практиката, оказва особено изразително влияние върху нивото на топлопроводимост на кристалните компоненти.

Изолационните строителни материали са клас продукти за строителство, създадени с оглед на свойствата на КТП, приближени до оптималните свойства. Въпреки това, да се постигне идеална топлопроводимост при запазване на други качества, е изключително трудно.

От своя страна влияние върху КТП оказват условията на експлоатация на строителния материал – температура, налягане, ниво на влажност и др.

Строителни материали с минимален КТП

Според изследвания, минимална стойност на топлопроводимост (около 0,023 W/m°C) притежава сухият въздух.

От гледна точка на приложението на сухия въздух в структурата на строителния материал, е необходима конструкция, където сухият въздух се намира вътре в затворени многобройни пространства с малък обем. Конструктивно такава конфигурация е представена във вид на многобройни пори вътре в структурата.

Оттук логичен извод: с ниско ниво на КТП трябва да притежава строителен материал, чиято вътрешна структура представлява поресто образувание.

При това, в зависимост от максимално допустимата пористост на материала, стойността на топлопроводимост се доближава до стойността на КТП на сухия въздух.

Създаването на строителен материал с минимална топлопроводимост се подпомага от порестата структура. Колкото повече пори с различен обем се съдържат в структурата на материала, толкова по-добър КТП може да се получи.

В съвременното производство се прилагат няколко технологии за получаване на пористост на строителния материал.

По-специално, се използват технологии:

• пенообразуване;
• газообразуване;
• водозатваряне;
• вспучиване;
• внедряване на добавки;
• създаване на влакнести рамки.

Следва да се отбележи: коефициентът на топлопроводимост е пряко свързан с такива свойства като плътност, топлинен капацитет, температурна проводимост.

Стойността на топлопроводимост може да бъде изчислена по формулата:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Където:

• Q – количество топлина;
• S – дебелина на материала;
• T₁, T₂ – температура от двете страни на материала;
• t – време.

Средната стойност на плътност и топлопроводимост е обратно пропорционална на стойността на пористост. Затова, изхождайки от плътността на структурата на строителния материал, зависимостта на топлопроводимост от нея може да се изчисли така:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Където: d – стойност на плътност. Това е формулата на В.П. Некрасова, демонстрираща влиянието на плътността на конкретен материал върху стойността на неговия КТП.

Влияние на влагата върху топлопроводимостта на строителния материал

Отново, съдейки по примерите за използване на строителни материали на практика, се установява негативното влияние на влагата върху КТП на строителния материал. Забелязано е – колкото по-голямо овлажняване претърпява строителният материал, толкова по-висока става стойността на КТП.

По различни начини се стремят да защитят от въздействието на влагата материала, използван в строителството. Тази мярка е напълно оправдана, предвид повишаването на коефициента за мокрия строителен материал.

Да се обоснове такъв момент не е сложно. Въздействието на влагата върху структурата на строителния материал е съпроводено от овлажняване на въздуха в порите и частично заместване на въздушната среда.

Като се има предвид, че параметърът на коефициента на топлопроводност за вода е 0,58 W/m°C, става ясно значителното повишаване на КТП на материала.

Следва също да се отбележи по-негативният ефект, когато водата, попадаща в порестата структура, допълнително замръзва – превръща се в лед.

Съответно, не е трудно да се изчисли още по-голямо увеличение на топлопроводността, като се вземат предвид параметрите на КТП на леда, равни на стойност 2,3 W/m°C. Увеличението е приблизително четири пъти спрямо параметъра на топлопроводност на водата.

Една от причините за отказ от зимно строителство в полза на летен строеж следва да се счита именно факторът на възможно замръзване на някои видове строителни материали и като следствие – повишаване на топлопроводността.

Оттук стават очевидни строителните изисквания относно защитата на изолационните строителни материали от проникване на влага. В крайна сметка нивото на топлопроводност нараства правопропорционално на количеството влага.

Не по-малко значим изглежда и друг момент – обратният, когато структурата на строителния материал е подложена на съществено нагряване. Прекалено високата температура също провокира растеж на топлопроводността.

Това се случва поради повишаване на кинетичната енергия на молекулите, съставляващи структурната основа на строителния материал.

Вярно е, че съществува клас материали, чиято структура, напротив, придобива по-добри свойства на топлопроводност в режим на силно нагряване. Един от тези материали е металът.

Ако при силно нагряване по-голямата част от широко разпространените строителни материали променя топлопроводността си в посока на увеличение, силното нагряване на метала води до обратен ефект – КТП на метала се понижава.

Методи за определяне на коефициента

Използват се различни методики в тази насока, но по факт всички технологии за измерване са обединени в две групи методи:

1. Режим на стационарни измервания.
2. Режим на нестационарни измервания.

Стационарният метод предполага работа с параметри, които не се променят с времето или се променят в незначителна степен. Тази технология, съдейки по практическите приложения, позволява да се разчита на по-точни резултати от КТП.

Стационарният метод позволява да се извършват измервания на топлопроводността в широк температурен диапазон – 20 – 700 °C. Но въпреки това стационарната технология се счита за трудоемка и сложна методика, изискваща много време за изпълнение.

Пример за апарат, предназначен за извършване на измервания на коефициента на топлопроводност. Това е една от модерните цифрови конструкции, осигуряваща бърз и точен резултат.

Друга технология за измерване – нестационарната, изглежда по-опростена, изискваща за изпълнение от 10 до 30 минути. В този случай обаче температурният диапазон е значително ограничен. Независимо от това, методиката намира широко приложение в производствения сектор.

Таблица на топлопроводимостта на строителни материали

Да се подлагат на измерване много от съществуващите и широко използвани строителни материали няма смисъл.

Всички тези продукти обикновено са изпитвани многократно, въз основа на което е съставена таблица на топлопроводността на строителни материали, включваща практически всички необходими за строежа материали.

Един от вариантите на такава таблица е представен по-долу, където КТП – коефициент на топлопроводност:

Препоръчваме ви също да прочетете и другите ни статии, в които разказваме как правилно да изберете изолация:

1. Изолации за мансарден покрив.
2. Материали за вътрешна изолация на дома.
3. Изолации за таван.
4. Материали за външна топлоизолация.
5. Изолация за под в дървена къща.

Изводи и полезно видео по темата

Тематично насочено видео, в което доста подробно се обяснява какво е КТП и „с какво се яде“. След като се запознаете с материала, представен във видеото, имате големи шансове да станете професионален строител.

Очевидно е, че потенциалният строител задължително трябва да знае за топлопроводимостта и нейната зависимост от различни фактори. Тези знания ще помогнат да се строи не просто качествено, но с висока степен на надеждност и дълготрайност на обекта. Използването на коефициента по същество е реална икономия на пари, например за плащане на комунални услуги.

Ако имате въпроси или ценна информация по темата на статията, моля, оставете вашите коментари в разположения по-долу блок.