Сьогодні дуже гостро стоїть питання раціонального використання ПЕР. Безперервно опрацьовуються шляхи економії тепла та енергії з метою забезпечення енергетичної безпеки розвитку економіки як країни, так і кожної окремої сім’ї.
Створення ефективних енергоустановок і систем теплоізоляції (обладнання, що забезпечує найбільший теплообмін (наприклад, парових котлів) і, навпаки, від якого він небажаний (плавильні печі)) неможливо без знання принципів теплопередачі.
Змінилися підходи до тепловий захист будівель, зросли вимоги до будівельних матеріалів. Будь-який будинок потребує утеплення і системи опалення. Тому при теплотехнічному розрахунку огороджувальних конструкцій важливий розрахунок показника теплопровідності.
Поняття теплопровідності
Теплопровідність – це така фізична властивість матеріалу, при якій теплова енергія всередині тіла переходить від самої гарячої його частини до більш холодною. Значення показника теплопровідності показує ступінь втрати тепла житловими приміщеннями. Залежить від наступних факторів:
- щільності предмета: зростає з її збільшенням;
- структури: приміром, дерево з поперечними волокнами відрізняється великим термічним опором, ніж з поздовжніми;
- пористості чим вище значення, тим менша середня щільність;
- характеру пустот і досі: матеріали з сполученими порами мають велику теплопровідність, з закритими дрібнозернистими порами – меншу;
- вологості: сухі предмети менш теплопровідні;
- температури – теплообмін зменшується з її збільшенням;
- тиску – показник збільшується з ростом тиску.
Кількісно оцінити властивість предметів пропускати теплову енергію можна за допомогою коефіцієнта теплопровідності. Дуже важливо зробити грамотний вибір будівельних матеріалів, утеплювача для досягнення найбільшого опору теплопередачі. Прорахунки або нерозумна економія в майбутньому можуть привести до погіршення мікроклімату в приміщенні, вогкості в будинку, мокрим стін, задушливим кімнатах. А головне – до великих витрат на опалення.
Для порівняння нижче представлена таблиця теплопровідності матеріалів і речовин.
Таблиця 1
| Матеріали і речовини | алюміній | сталь | сталь нержавіюча | бетон | повітря | вода | ДСП | руберойд | картон | резина | поліетилен | скло |
| Коефіцієнт теплопровідності | Двісті двадцять один | П’ятдесят вісім | 17,5 | 1,5 | 0,02 | 0,6 | 0,15 | 0,17 | 0,18 | 0,04 | 0,3 | 0,7 |
Найвищі значення мають метали, низькі – теплоізоляційні предмети.
Класифікація будівельних матеріалів та їх теплопровідність
Теплопровідність залізобетону, цегляної кладки, керамзитобетонних блоків, зазвичай використовуваних для зведення огороджувальних конструкцій, відрізняється найвищими нормативними показниками. У будівельній галузі дерев’яні конструкції застосовуються значно рідше.
В залежності від значення показника теплопровідності, будівельні матеріали поділяються на класи:
- конструкційно-теплоізоляційні (від 0,210);
- теплоізоляційні (до 0,082 – А, від 0,082 до 0,116 – Б тощо).
Ефективність багатошарових конструкцій
Щільність і теплопровідність
В даний час немає такого будівельного матеріалу, висока несуча здатність якого поєднувалася б з низькою теплопровідністю. Будівництво будинків за принципом багатошарових конструкцій дозволяє:
- відповідати розрахунковим нормам будівництва та енергозбереження;
- залишати розміри огороджувальних конструкцій в межах розумного;
- зменшити матеріальні витрати на будівництво об’єкта та його обслуговування;
- домогтися довговічності і ремонтопридатності (наприклад, при заміні одного листа мінеральної вати).
Комбінація конструкційного матеріалу і теплоізоляційного дозволяє забезпечити міцність і знизити втрати теплової енергії до оптимального рівня. Тому при проектуванні стін при розрахунках враховується кожен шар майбутньої огороджувальної конструкції.
Важливо також враховувати щільність при будівництві будинку і при його утеплення.
Щільність речовини – фактор, що впливає на його теплопровідність, здатність затримувати в собі основний теплоізолятор – повітря.
Розрахунок товщини утеплювача стін і
Розрахунок товщини стіни залежить від наступних показників:
- щільності;
- розрахункової теплопровідності;
- коефіцієнта опору теплопередачі.
Згідно встановлених норм, значення показника опору теплопередачі зовнішніх стін має бути не менше 3,2? Вт/м •°С.
Розрахунок товщини стін із залізобетону та інших конструкційних матеріалів представлений в таблиці 2. Такі будівельні матеріали відрізняються високими несучими характеристиками, вони довговічні, але в якості теплового захисту вони неефективні і вимагають нераціональної товщини стіни.
Таблиця 2
| Показник | Бетони, растворно-бетонні суміші | |||
| Залізобетон | Цементно-піщаний розчин | Складний розчин (цементно-вапняно-піщаний) | Вапняно-піщаний розчин | |
| щільність, кг/куб. м | Дві тисячі п’ятсот | Одна тисяча вісімсот | Одна тисяча сімсот | Одна тисяча шістсот |
| коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м•°С) | 2,04 | 0,93 | 0,87 | 0,81 |
| товщина стін, м | 6,53 | 2,98 | 2,78 | 2,59 |
Конструкційно-теплоізоляційні матеріали здатні піддаватися досить високим навантаженням, при цьому значно підвищують теплотехнічні та акустичні властивості будівель в стінових огороджувальних конструкціях (таблиця 3.1, 3.2).
Таблиця 3.1
| Показник | Конструкційно-теплоізоляційні м-ли | |||||
| Пемзобетон | Керамзитобетон | Полістиролбетон | Піно — і газобетон (піно — і газосилікат) | Цегла глиняний | Силікатна цегла | |
| щільність, кг/куб. м | Вісімсот | Вісімсот | Шістсот | Чотириста | Одна тисяча вісімсот | Одна тисяча вісімсот |
| коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м•°С) | 0,68 | 0,326 | 0,2 | 0,11 | 0,81 | 0,87 |
| товщина стін, м | 2,176 | 1,04 | 0,64 | 0,35 | 2,59 | 2,78 |
Таблиця 3.2
| Показник | Конструкційно-теплоізоляційні м-ли | |||||
| Цегла шлаковий | Силікатна цегла 11-типустотный | Цегла силікатна 14-типустотный | Сосна (поперечне розташування волокон) | Сосна (поздовжнє розташування волокон) | Фанера клеєна | |
| щільність, кг/куб. м | Одна тисяча п’ятсот | Одна тисяча п’ятсот | Одна тисяча чотириста | П’ятсот | П’ятсот | Шістсот |
| коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м•°С) | 0,7 | 0,81 | 0,76 | 0,18 | 0,35 | 0,18 |
| товщина стін, м | 2,24 | 2,59 | 2,43 | 0,58 | 1,12 | 0,58 |
Значно підвищити теплозахист будівель і споруд дозволяють теплоізоляційні будівельні матеріали. Дані таблиці 4 показують, що найменші значення коефіцієнта теплопровідності мають полімери, мінераловатні плити із природних органічних і неорганічних матеріалів.
Таблиця 4
| Показник | Теплоізоляційні м-ли | ||||||
| ППТ | ПТ полістиролбетонні | Мати мінераловатні | Теплоізоляційні плити (ПТ) з мінеральної вати | ДВП (ДСП) | Пакля | Листи гіпсові (суха штукатурка) | |
| щільність, кг/куб. м | Тридцять п’ять | Триста | Одна тисяча | Сто дев’яносто | Двісті | Сто п’ятдесят | Одна тисяча п’ятдесят |
| коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м•°С) | 0,39 | 0,1 | 0,29 | 0,045 | 0,07 | 0,192 | 1,088 |
| товщина стін, м | 0,12 | 0,32 | 0,928 | 0,14 | 0,224 | 0,224 | 1,152 |
Значення таблиць теплопровідності будівельних матеріалів застосовуються при розрахунках:
- теплоізоляції фасадів;
- загальнобудівельною ізоляції;
- ізоляційних матеріалів при влаштуванні покрівлі;
- технічної ізоляції.
Завдання вибору оптимальних матеріалів для будівництва, звичайно ж, передбачає комплексний підхід. Однак навіть такі прості розрахунки вже на перших етапах проектування дозволяють визначити найбільш підходящі матеріали та їх кількість.