Теплопроводность пластика и металла сравнение

Обновлено: 21.09.2024

Теплопроводность строительных материалов стала популярной темой в последние годы. Это связано с тем, что люди стали чаще задумываться о том, как сэкономить на отоплении дома зимой, либо сделать их более экологичными (если они отапливаются на угле, мазуте или другом неэкологичном топливе).

Полагаем, многие из вас уже слышали, что одни материалы хорошо проводят тепло, а другие — не очень. Соответственно из одних дома получаются сразу теплыми, а из других — их обязательно нужно утеплять. Но как же все это считают? По каким критериям и формулам? Об этом мы расскажем вам в данной статье.

Коэффициент теплопроводности Лямбда. Что это такое?

Коэффициент λ (лямбда) — это, пожалуй, наиболее важный параметр всех теплоизоляционных материалов. Его значение указывает на то, сколько тепла материал может пропускать через себя. То есть его показатель теплопроводности.

Чем ниже значение коэффициента λ (лямбда), тем меньше проводимость материала и, следовательно, он лучше изолирован от тепловых потерь. Это означает, что при одинаковых условиях больше тепла будет проходить через вещество с большей теплопроводностью.

Как же высчитывается этот коэффициент? Согласно второму закону термодинамики, тепло всегда уходит в область более низкой температуры. Для тела в форме теплопроводного кубоида в стационарных условиях количество передаваемого тепла зависит от вещества, пропорционально поперечному сечению тела, разности температур и времени теплопередачи.

Таким образом формула расчет будет выглядеть так:

λ (лямбда) — коэффициент теплопроводности;
ΔQ — количество тепла, протекающего через тело;
t — время;
L — длина тела;
S — площадь поперечного сечения корпуса;
ΔT — разность температур в направлении теплопроводности;
d — толщина перегородки.

За единицу измерения теплопроводности принимается система СИ — [Вт / (м · К)]. Она выражает количество теплового потока через единицу поверхности материала заданной толщины, если разница температур между двумя его сторонами составляет 1 Кельвин. Измеряют все эти показатели в специальных строительных лабораториях.

От чего зависит теплопроводность?

Итак, как мы уже убедились, коэффициент теплопроводности λ (лямбда) характеризует интенсивность теплопередачи через конкретный материал.

Так, например, наиболее теплопроводными являются металлы, а самыми слабыми — газы. Еще все проводники электричества, такие как медь, алюминий, золото или серебро, также хорошо пропускают через себя тепло, в то время как электрические изоляторы (дерево, пластик, резина) наоборот задерживают его.

Что может повлиять на этот показатель, кроме самого материала? Например, температура. Теплопроводность изоляционных материалов увеличивается с повышением температуры, а у металлов — напротив, уменьшается. Еще может повлиять наличие примесей. Сплавы разнородных металлов обычно имеют более низкую теплопроводность, чем их легирующие элементы.

В целом, теплопроводность веществ зависит, в основном, от их структуры, пористости, и прежде всего от их плотности. Поэтому, если производитель заявляет о низком значении лямбда при низкой плотности материала, — эта информация, как правило, не имеет ничего общего с действительностью и просто рекламный ход.

Значения теплопроводности для различных материалов

Сравнить, насколько тот или иной материал может пропускать тепло, вы можете воспользовавшись данной таблицей:

Теплопроводность [Вт / (м · К)]

Войлок, маты и плиты из минеральной ваты

0,16 — 0,3 (сосна и ель), 0,22 — 0,4 (дуб)

Н ержавеющая сталь

Применение коэффициента теплопроводности в строительстве

В строительстве действует одно простое правило — коэффициенты теплопроводности изоляционных материалов должны быть как можно ниже. Все потому, что чем меньше значение λ (лямбда), тем меньше можно сделать толщину изоляционного слоя, чтобы обеспечить конкретное значение коэффициента теплопередачи через стены или перегородки.

В настоящее время производители теплоизоляционных материалов (пенополистирол, графитовые плиты или минеральная вата) стремятся минимизировать толщину изделия за счет уменьшения коэффициента λ (лямбда), например, для полистирола он составляет 0,032-0,045 по сравнению с 0,15-1,31 у кирпича.

Что касается строительных материалов, то при их производстве коэффициент теплопроводности не имеет столь большого значения, однако в последние годы наблюдается тенденция к производству строительных материалов с низким показателем λ (например, керамических блоков, структурных изоляционных панелей, блоков из ячеистого бетона). Такие материалы позволяют построить однослойную стену (без утеплителя) или с минимально возможной толщиной утеплительного слоя.

Важно: коэффициент теплопроводности лямбда зависит от плотности материала, поэтому при покупке, к примеру, пенополистирола, обратите внимание на вес продукта. Если вес слишком мал, значит плиты не имеют заявленной теплоизоляции. Добавим, что производитель обязан указывать заявленное значение коэффициента теплопроводности на каждой упаковке.

Какой же строительный материал самый теплый?

В настоящее время это пенополиуретан (ППУ) и его производные, а также минеральная (базальтовая, каменная) вата. Они уже зарекомендовали себя как эффективные теплоизоляторы и сегодня широко применяются в утеплении домов.

Для наглядности о том, насколько эффективны эти материалы, покажем вам следующую иллюстрацию. На ней отображено какой толщины материала достаточно, чтобы удерживать тепло в стене дома:

А как же воздух и газообразные вещества? — спросите вы. Ведь у них коэффициент Лямбда еще меньше? Это верно, Но если мы имеем дело с газами и жидкостями, помимо теплопроводности, здесь надо также учитывать и перемещение тепла внутри них — то есть конвекции (непрерывного движения воздуха, когда более теплый воздух поднимается вверх, а более холодный — опускается).

Подобное явление имеет место в пористых материалах, поэтому они имеют более высокие значения теплопроводности, чем сплошные материалы. Все дело в том, что небольшие частички газа (воздух, углекислый газ) скрываются в пустотах таких материалов. Хотя такое может случится и с другими материалами — в случае если воздушные поры в них будут слишком большими, в них может также начать происходить конвекция.

Разница между теплопроводностью и теплопередачей

Помимо коэффициента теплопроводности Лямбда существует также коэффициент теплопередачи U . Они звучат похоже, но обозначают совершенно разные вещи.

Так, если коэффициент теплопроводности является характеристикой определенного материала, то коэффициент теплопередачи U определяет степень теплоизоляции стены или перегородки. Проще говоря — коэффициент теплопроводности является исходным и напрямую влияет на значение коэффициента теплоотдачи U.

Если вам интересно получить больше информации на эту тему, а также узнать: какими материалами лучше всего утеплить ваш дом, в чем отличия между разными типами утеплителей, мы советуем прочитать эту статью.

Не забудьте добавить сайт Недвио в Закладки. Рассказываем о строительстве, ремонте, загородной недвижимости интересно, с пользой и понятным языком.

Пластиковые и металлические трубопроводы: теплоэффективность

Под теплоэффективностью (или энергоэффективностью) будем понимать способность трубопроводных систем из разных материалов минимизировать теплопотери, сохраняя тепловую энергию и таким образом сберегая её для потребителя. И по этому показателю металлические и пластиковые трубы различаются очень сильно. По традиции начнём с металлических, а затем поговорим и о полимерных.

Итак, металлические трубы (будем говорить о них в общем, поскольку разница между сталью, чугуном и медью здесь невелика) обладают низкой энергоэффективностью и без теплоизоляции теплопотери у них будут просто колоссальными. Чтобы не быть голословными, приведём конкретные цифры. Так, средняя теплоотдача металлической трубы диаметром 20 мм составляет 60 Вт/м при разнице между температурами окружающей среды и транспортируемой жидкости 55 градусов по Цельсию. Соответственно, если по трубам идёт горячая вода стандартной для зимнего сезона температуры (+95oC), а за окном вполне стандартные для нашей зимы –20oC, теплоотдача вырастет как минимум вдвое — до 120 Вт/м.

Но если речь идёт о трубах магистрального водоснабжения — например, 110 мм, то их теплоотдача будет уже на уровне 240 Вт/м при разнице между температурами +55oC и почти 500 Вт/м при удвоенной разнице между температурой окружающей среды и воды в трубопроводной системе. Соответственно, чтобы доставить до потребителя теплоноситель нужно температуры, необходимо либо существенно повысить исходящую температуру воды (на выходе из котельной), а также и давление, чтобы вода не превратилась в пар, либо предусмотреть плотную изоляцию, чтобы избежать колоссальных теплопотерь по всей длине трубопровода. При грамотной изоляции теплопотери также будут, однако в несколько раз меньше, так что существенной роли они не сыграют.

А что же полимерные трубы? Их теплопотери даже без изоляции оказываются в десятки раз меньше, чем у любых металлических. Например, полиэтилен и полипропилен (ПВХ брать не будем, поскольку он недостаточно термостоек для систем отопления и не выдержит таких температур), при одинаковых диаметрах демонстрируют показатели теплоотдачи всего лишь около 0,5 Вт/м, что более, чем в сто раз лучше, чем у стальных и медных труб, обычно используемых для отопления. Конечно, может показаться, что полимерные трубы не нуждаются в теплоизоляции, с учётом таких несерьёзных теплопотерь, однако это не так. Дело в том, что полимеры не очень хорошо переносят существенную разницу в температурах окружающей среды и транспортируемой, поэтому при наружной прокладке теплоизоляция им также необходима, но чтобы сберечь не тепло, а сами трубы, поэтому её стоимость будет ниже той, которая используется для металлических труб.

Но при этом для транспортировки горячей воды по полимерным трубам не будет необходимости повышать температуру на выходе, поскольку пластик надёжно сохранит почти всё тепло, и до потребителя вода дойдёт такой же горячей, какой была и в котельной. И это означает дополнительную экономию электроэнергии, которую не надо направлять на подогрев воды и увеличения давления в системе сверх нормативных. Подводя итоги, отметим, что, учитывая огромные теплопотери металлических труб и необходимость дополнительной изоляции и увеличения температуры воды на выходе из котельной, полимерные трубы однозначно лучшее решение даже при условии внешней прокладки со специальной изоляцией. Именно поэтому армированный полиэтилен и полипропилен всё чаще используются даже для некоторых магистральных трубопроводов, о чём раньше можно было лишь мечтать. Правда, температуру теплоносителя, если позволяют условия, для пластиковых труб пока ещё всё же нужно немного снижать, чтобы избежать избыточного теплового расширения (тепловое расширение армированных пластиковых труб в 2-3 выше, чем у стальных) и продлить срок их службы.

Теплопроводность материалов таблица, СНиП

В современном мире важным аспектом частного дома является его энергоэффективность. То есть способность тратить минимальное количество энергии на поддержание комфортного климата в доме. Чтобы тратить меньше энергии, необходимо позаботится о сокращении ее потерь.

Теплопроводность материалов — это способность материала сохранять тепло в холодное время и удерживать прохладу летом.

Теплоёмкость — количество теплоты, поглощаемой (выделяемой) телом в процессе нагревания (остывания) на 1 кельвин.

Плотность — отношение массы тела к занимаемому этим телом объёму.

Теплопроводность строительных материалов

Проектированием по технологиям энергоэффективных домов должны заниматься специалисты, но в реальной жизни все может быть иначе. Случается так, что владельцы домов по ряду причин вынуждены самостоятельно подбирать материалы для строительства. Им также потребуется рассчитать теплотехнические параметры, на основании которых будут проводиться термоизоляция и утепление. Поэтому нужно иметь хотя бы минимальные представления о строительной теплотехнике и ее основных понятиях, таких как коэффициент теплопроводности, в каких единицах измеряется и как просчитывается. Знание этих «азов» поможет правильно утеплить свой дом и экономно его отапливать.

Что такое теплопроводность

Если говорить простыми словами, то теплопроводность – это передача тепла от более горячего тела к менее горячему. Если не углубляться в подробности, то все физические материалы и вещества могут передавать тепловую энергию.

Ежедневно, даже на самом примитивном бытовом уровне мы сталкиваемся с теплопроводностью, которая проявляется у каждого материала по-разному и в очень отличающейся степени. Для примера, если мешать кипящую воду металлической ложкой – можно очень скоро получить ожег, так как ложка нагреется почти моментально. Если же использовать деревянную лопатку, то нагреваться она будет очень медленно. Этот пример наглядно показывает разницу теплопроводности у металла и дерева – у металла она в разы выше.

Коэффициент теплопроводности

Для оценки теплопроводности любого материала используется коэффициент теплопроводности (λ), который измеряется в Вт/(м×℃) или Вт/(м×К). Этот коэффициент обозначает количество тепла, которое может провести любой материал, не зависимо от своего размера, за единицу времени на определённое расстояние. Если мы видим, что какой-то материал имеет большое значение коэффициента, то он очень хорошо проводит тепло и его можно использовать в роли обогревателей, радиаторов, конвекторов. К примеру, металлические радиаторы отопления в помещениях работают очень эффективно, отлично передавая нагрев от теплоносителя внутренним воздушным массам в помещении.

Если же говорить о материалах, используемых при строительстве стен, перегородок, крыши, то высокая теплопроводность – явление нежелательное. При высоком коэффициенте здание теряет слишком много тепла, для сохранения которого внутри помещения нужно будет сооружать довольно толстые конструкции. А это влечет за собой дополнительные финансовые затраты.

Коэффициент теплопроводности зависит от температуры. По этой причине в справочной литературе указывается несколько значений коэффициента, которые изменяются при увеличении температур. На проводимость тепла влияют и условия эксплуатации. В первую очередь речь идет о влажности, так как при увеличении процента влаги коэффициент теплопроводности также возрастает. Поэтому проводя такого рода расчеты нужно знать реальные климатические условия, в которых здание будет построено.

Сопротивление теплопередаче

Коэффициент теплопроводности – важная характеристика любого материала. Но эта величина не совсем точно описывает теплопроводные способности конструкции, так как не учитывает особенности ее строения. Поэтому более целесообразно просчитывать сопротивление теплопередачи, которое по своей сути является обратной величиной коэффициента теплопроводности. Но в отличие от последнего при расчете учитывается толщина материала и другие важные особенности конструкции.

Не менее важная задача – прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спланировать систему отопления и создать идеальную термоизоляцию. Такие вычисления могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, количества необходимых радиаторов и правильной их расстановки.

Для определения тепловых потерь через любую конструкцию нужно знать сопротивление, которое вычисляется с помощью разницы температур и количества теряемого тепла, уходящего с одного квадратного метра ограждающей конструкции. И так, если мы знаем площадь конструкции и ее термическое сопротивление, а также знаем для каких климатических условий производится расчет, то можем точно определить тепловые потери. Есть хороший калькулятор расчета теплопотерь дома ( он может даже посчитать сколько будет уходить денег на отопление, примерно конечно).

Такие расчеты в здании проводятся для всех ограждающих конструкций, взаимодействующих с холодными потоками воздуха, а затем суммируются для определения общей потери тепла. На основании полученной величины проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если же потери тепла получаются слишком большими, они влекут за собой дополнительные финансовые затраты, а это не всем «по карману». При таком раскладе нужно задуматься об улучшении системы термоизоляции.

Отдельно нужно поговорить про окна, для них сопротивление теплопередаче определяются нормативными документами. Самостоятельно проводить расчеты не нужно. Существуют уже готовые таблицы, в которых внесены значения сопротивления для всех типов конструкций окон и балконных дверей.
Тепловые потери окон рассчитываются исходя из площади, а также разницы температур по разные стороны конструкции.

Расчеты, приведенные выше, подходят для новичков, которые делают первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. Если же за дело берется профессионал, то его расчеты более сложные, так как дополнительно учитывается множество поправочных коэффициентов – на инсоляцию, светопоглощение, отражение солнечного света, неоднородность конструкций расположение дома на участке и другие.

Теплопроводность пластиков и пластмасс, плотность пластмассы — физические свойства полимеров

Свойства полимеров: теплопроводность и плотность пластиков и пластмасс

В таблице представлены физические свойства полимеров (пластмасс и пластика) при отрицательной и положительной температуре, в интервале от -200 до 280°С. Свойства пластиков даны при нормальном атмосферном давлении.

Даны следующие теплофизические свойства полимеров и пластмасс:

плотность пластика, кг/м 3 ;
коэффициент теплопроводности, Вт/(м·град);
коэффициент температуропроводности, м 2 /с;
удельная (массовая) теплоемкость, кДж/(кг·град).

Следует особо отметить значения плотности пластмассы в таблице. Ее диапазон находится в пределах от 16 кг/м 3 (для теплоизоляционных пенистых пластмасс — таких, как мипора) до 2280 кг/м 3 (для тяжелого линолеума с наполнителем).

Теплопроводность в одноосно-растянутых полимерах

В таблице представлены значения степени растяжения, коэффициента линейного растяжения и теплопроводности при комнатной температуре
(вдоль и поперек направления растяжения) для следующих полимеров, пластмасс и пластиков: полистирол, полиметилметакрилат, поливинилхлорид, поликарбонат.

Теплоемкость пластмасс, пластика и резины

В таблице представлены значения удельной (массовой) теплоемкости в кДж/(кг·град) при различной температуре (от 5 до 333К) для следующих полимеров пластика и резины: бакелит, винипласт, капрон, найлон-6 (полиамид 6, капрон, полиамид 66, нейлон), парафин, парафин жидкий, поликарбонат, полиметилакрилат (плексиглас, оргстекло), полистирол, политетрафторэтилен, полиэтилен, полиэфирные пластмассы, пресс-материал АГ-4С, резина, эбонит, этролы целлюлозные.

Свойства пористых полимеров

В таблице представлены теплофизические и механические свойства полимеров, имеющих в своей структуре газонаполненные поры.
Свойства полимеров в таблице указаны при температуре 5…50°С.

Даны следующие свойства пористых полимеров и пластмасс:

плотность пластиков (объемная масса), кг/м 3 ;
предел прочности при сжатии, Мн/м 2 ;
водопоглощение в течении суток, %;
линейная усадка при 90°С, %;
горючесть;
теплопроводность пластиков, Вт/(м·град);
ударная вязкость, кДж/м 2 ;
теплостойкость (предельная температура применения),°С;
структура материала.

В таблице приведены плотность свойства следующих полимеров с пористой структурой: поливинилхлоридные ПВХ жесткие, эластичные, пенополистирол (пенопласт ПС-1, ПС-4), пенофенопласты (ФФ, ФК), пенополиуретаны жесткие, пеноэпоксипласты. Следует отметить, что плотность пластиков зависит от их пористости и может находится в диапазоне от 30 до 230 кг/м 3 .

Свойства гетероцепных полимеров

В таблице приведены свойства гетероцепных полимеров при комнатной температуре.
К гетероцепным полимерам относятся следующие пластики: лавсан, капрон, эпоксидные полимеры, капрон, энант, анид, поликарбонаты и другие вещества.

Указаны следующие свойства полимеров:

плотность пластика, кг/м 3 ;
предел прочности при изгибе, растяжении и сжатии, Мн/м 2 ;
ударная вязкость, кДж/м 2 ;
относительное удлинение, %;
модуль упругости, Гн/м 2 ;
коэффициент температурного расширения (КТР), 1/град;
диэлектрическая проницаемость при 50 Гц;
удельное электросопротивление (объемное), Ом·м;
электрическая прочность, Мв/м;
тангенс угла диэлектрических потерь при 50 Гц.

Дана плотность и свойства таких гетероцепных полимеров, как капрон, анид, полиформальдегид, поликарбонаты, лавсан, энант, полиурентаны, эпоксидные полимеры с различной плотностью. Плотность пластмасс в таблице изменяется в интервале от 1080 до 1420 кг/м 3 .

Читайте также: