Какие показатели влияют на коэффициент теплопроводности бетона?

Мы уже ознакомились в статье «Материал стен. Как выбрать.» с различными материалами для возведения стен, в данной статье мы поговорим о теплотехническом расчете для определения параметров стены.

О понятии теплопроводности

Теплопроводностью обладают все твердые, жидкие и газообразные вещества. Энергию от нагретого участка более холодному передают хаотично движущиеся частицы — молекулы, атомы, электроны. Чем ближе друг к другу они расположены, тем активнее происходит теплообмен.

Плотность материала напрямую влияет на его способность проводить тепло. Например, кирпич по сравнению с ячеистым бетоном более плотный, лучше проводит тепловую энергию. Кирпичная стена толщиной 500 мм также защищает помещение от теплопотерь, как легкобетонная толщиной 300 мм. Железобетон плотнее керамзитобетона в три раза, соответственно, он более теплопроницаемый.

Бетон представляет собой сложную неоднородную структуру. Входящие в состав компоненты обладают разной способностью теплопередачи. Наименьшую имеет воздух в капиллярах цементного камня и микрополостях внутри заполнителя. Чем материал пористее, тем хуже передается тепловая энергия.

О понятии теплопроводности

Закономерную связь между видом заполнителя и теплопроводностью бетона подтверждают опыты материаловедов Довжика В. Г., Миснара А. Они установили, что чем мельче размер замкнутых пор в теле монолита, тем хуже передается тепло.

Третий фактор, влияющий на теплопроводность — влажность. Вода проводит тепло в 20 раз лучше воздуха. Заполняя поры бетона, она ухудшает теплоизоляционные качества. Зимой возможно промерзание увлажненного слоя ограждающей конструкции.

Приборы для определения

  • Устройство измерения эффективной теплопроводности. Оно должно быть аттестовано, согласно требованиям ГОСТ 7076-99.
  • Прибор, позволяющий измерять толщину плоских волокнистых изделий и устройство для измерения их плотности. Выбор данного оборудования регламентируется стандартом 17177.
  • Различное дополнительное оборудование.

В список дополнительного оборудования входит сушильных электрошкаф, имеющий верхний предел нагрева более 383К, а также лабораторные весы, штангенциркуль и линейка.

Подготовка к испытанию заключается в изготовлении образца нужной формы и проведении необходимых измерений.

Определение теплопроводности бетона производится на элементе в форме прямоугольного параллелепипеда,  лицевые грани которого имеют форму квадратов. Размеры лицевых граней выбираются равными стороне рабочих поверхностей измерительного прибора. Когда форма датчиков прибора – круг, то и образец представляет собой цилиндр.

Толщина образца должна быть меньше, чем длина ребра лицевой грани в 5 раз. Для цилиндрических заготовок сравнение производится с диаметром основания. Для того, чтобы измерения были точными, грани образца, контактирующие с прибором должны быть плоскими и параллельными. Максимальное отклонение не должно превышать

Необходимые для расчета нормативные документы:

  • СНиП 23-02-2003 (СП ). «Тепловая защита зданий». Актуализированная редакция от 2012 года.
  • СНиП 23-01-99* (СП ). «Строительная климатология». Актуализированная редакция от 2012 года.
  • СП 23-101-2004. «Проектирование тепловой защиты зданий».
  • ГОСТ 30494-2011 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях».

Исходные данные для расчета:

  1. Определяем климатическую зону, в которой мы собираемся построить дом. Открываем СНиП 23-01-99*.»Строительная климатология», находим таблицу 1. В данной таблице находим свой город (или максимально близко расположенный от места строительства город), например, для строительства в деревне, расположенной возле г. Муром, мы возьмем показатели г. Мурома! из столбца 5 — «Температура воздуха наиболее холодной пятидневки, с обеспеченностью 0,92» — «-30°С»;
  2. Определяем продолжительность отопительного периода —  открываем таблицу 1 в СНиП 23-01-99* и в столбце 11 (со средней суточной температурой наружного воздуха 8°С) продолжительность равна zht = 214 сут;
  3. Определяем среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период, для этого из той же таблицы 1 СНИП 23-01-99* выбираем в столбце 12 значение — tht = -4,0°С .
  4. Оптимальную температуру внутри помещения принимаем по таблице 1 в ГОСТ 30494-96 — tint= 20°С;

    Затем, нам необходимо определиться с конструктивом самой стены. Поскольку раньше строили дома из одного материала (кирпич, камень и т.п.) — стены были очень толстые и массивные. Но, с развитием технологий, у людей появились новые материалы, обладающие очень хорошими показателями теплопроводности, что позволило значительно сократить толщину стен из основного (несущего материала) добавлением теплоизолирующего слоя, таким образом появились многослойные стены.

    Основных слоев в многослойной стене минимум три:

  • 1 слой — несущая стена — её назначение передавать нагрузку от вышележащих конструкций на фундамент;
  • 2 слой — теплоизоляция — её назначение максимально задерживать тепло внутри дома;
  • 3 слой — декоративный и защитный — её назначение делать красивым фасад дома и одновременно защищать слой утеплителя от воздействия внешней среды (дождь, снег, ветер и т.п.);
Читайте также:  Воздушное отопление частного дома своими руками

Рассмотрим для нашего примера следующий состав стены:

  • 1 слой — несущую стену мы принимаем газобетонных блоков толщиной 400мм (принимаем конструктивно — с учетом того, что на неё будут опираться балки перекрытия);
  • 2 слой — выполняем из минераловатной плиты, её толщину мы и определим теплотехническим расчетом!
  • 3 слой — принимаем облицовочный силикатный кирпич, толщина слоя 120 мм;
  • 4 слой — поскольку изнутри наша стена будет покрыта слоем штукатурки из цементно-песчаного раствора, тоже включим её в расчет и назначим её толщину 20мм;

Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление

Начиная строительство помещения, следует ознакомиться с такими характеристиками:

  1. Коэффициент проводимости тепла. Он указывает на объемы тепла, которое проходит через блок в течение заданного интервала. Если значение снижается, это уменьшает способность пропускать тепловую энергию. При повышении значений ситуация выглядит противоположным образом.
  2. Сопротивление конструкций к потере тепла. Показатель указывает на способность материала сохранять тепло внутри постройки. Если он высокий, бетон подходит для теплоизоляции, если низкий — для быстрого отвода тепла наружу.

При составлении проекта здания и проведении тепловых расчетов важно уделять таким значениям особое внимание.

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

Теплоемкость строительных материалов

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Теплоемкость строительных материалов

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Теплоемкость строительных материалов

Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности. Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Теплоемкость строительных материалов

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Факторы, влияющие на теплопропускаемость бетона

Из-за неоднородности структуры бетонных конструкций и разных условий эксплуатации коэффициент теплопроводности в этом случае – величина условная. На этот параметр оказывают влияние:

  • Плотность. Чем плотнее материал, тем ближе друг к другу находятся его частицы, тем быстрее передается тепло. Это значит, что тяжелые бетоны имеют больший коэффициент теплопроводности, по сравнению с легкими (керамзитовыми, вермикулитовыми, перлитовыми).
  • Пористость и структура пор. Чем больше объем, занятый воздухом, тем лучше материал задерживает тепло. Но на теплоизоляционные характеристики влияет не только процентное содержание воздуха, но и размеры, а также замкнутость пор. Лучше всего прохождению тепла препятствуют мелкие замкнутые поры. Крупные поры, которые сообщаются между собой, увеличивают теплопередачу.
  • Влажность. Это еще один фактор, влияющий на коэффициент теплопередачи бетона. Вода способна проводить тепло в 20 раз лучше воздуха. Поэтому увлажненный материал резко теряет теплоизоляционные характеристики. При отрицательных температурах вода в увлажненном слое замерзает, вызывая не только повышенные теплопотери здания, но и быстрое разрушение строительного материала. В таблицах, применяемых при точных теплотехнических расчетах, часто указывают три значения коэффициента теплопроводности – в сухом виде, при нормальной влажности, в увлажненном состоянии.
  • Температура. С повышением температуры коэффициент теплопроводности увеличивается.

Сравнение коэффициента теплопроводности тяжелого бетона, пено- и газобетона, керамзитобетона, фибробетона.

Наиболее высоким коэффициентом теплопроводности обладает тяжелый бетон, армированный стальными стержнями или проволокой (железобетон) – до 2,04 Вт/(м*C). Немного ниже этот показатель у неармированных бетонных элементов.

Более низким коэффициентом теплопроводности и повышенными теплоизоляционными характеристиками обладают: керамзитобетон, изготовленный с использованием кварцевого или перлитового песка, сухой пено- и газобетон. Уровень теплопередачи фибробетона сравним с аналогичным показателем плотного керамзитобетона.

Таблица коэффициентов теплопроводности различных видов бетона

Вид бетона Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*C)
Тяжелый армированный бетон 1,68- 2,04
Тяжелый бетон 1,29-1,52
Керамзитобетон (в зависимости от плотности) 0,14-0,66
Пенобетон (в зависимости от плотности) 0,08-0,37
Газобетон разной плотности 0,1-0,3
Фибробетон 0,52-0,75

Правильное проведение теплотехнических расчетов позволяет определить оптимальную толщину стен, что обеспечивает уменьшение расходов на отопление и комфортный микроклимат внутри здания.

Поделиться ссылкой:

Производим и предлагаем продукцию:

Читайте также:

  • Бетон для системы «теплый пол»
  • Плотность бетона: что это такое, на что влияет?
  • Влияние температуры на бетон
  • Водонепроницаемость бетона
  • Морозостойкость бетона

Коэффициент теплопроводности

Значение показателя указывает на объем тепловой энергии, которую материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 может провести за 1 секунду. При этом разница температур по обе стороны стройматериала составляет 1 °C. Значение показателя характеризует способность помещения из этого бетона удерживать тепло в зимнее время. Правильно подобранный материал при строительстве жилья позволит сэкономить на оплате за услуги тепла.

Посмотреть «ГОСТ 7076–99» или cкачать в PDF (1.2 MB)

Пример расчета оптимальной толщины стены, практические способы повышения способности к теплосохранению

Каким образом можно повысить способность стены к сохранению тепла?

Существует несколько способов:

  • В первую очередь стоит упомянуть о технологии укладки. Соблюдая ее, вы сможете подчеркнуть высокие показатели качеств керамических изделий.
  • Утепление конструкции, разумеется, значительно снизит коэффициент теплопроводности здания. Важно выбрать наиболее оптимальный метод. Например, создание воздушного зазора при этом будет наиболее эффективным.
  • Крайне популярным вариантом является применение керамического кирпича в качестве облицовочного материала, а вот основные стены можно выложить с использованием ячеистого бетона, например. В этом случае, строение будет наиболее теплым.

А как же рассчитать толщину стены, если застройщик все же решил строить здание исключительно из кирпича? Все достаточно просто. Оптимальным вариантом является кладка в полтора или два кирпича – эти виды наиболее распространены.

Толщина стен зависит от региона и климатических условий в первую очередь, поэтому при расчете следует учитывать так называемый коэффициент сопротивления теплоотдаче, который индивидуален для каждого региона. Указан он в СНиП. Среднее значение равно 3,4, поэтому в нашем примере мы и будем его использовать.

Предположим, что кирпич мы применяем рядовой керамический полнотелый, с плотностью в 1600 кг/м3 и теплопроводностью равной 0,5 Вт*мС.

0,5*3,4=1,7. Значение получается крайне большим. Однако, при расчете необходимо учитывать теплопроводность утеплителей и вычитать ее. Чем интенсивнее будет утепление, тем меньшей будет рекомендуемая толщина стены.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты 0,470
Алюминий 230,0
Асбест (шифер) 0,350
Асбест волокнистый 0,150
Асбестоцемент 1,760
Асбоцементные плиты 0,350
Асфальт 0,720
Асфальт в полах 0,800
Бакелит 0,230
Бетон на каменном щебне 1,300
Бетон на песке 0,700
Бетон пористый 1,400
Бетон сплошной 1,750
Бетон термоизоляционный 0,180
Битум 0,470
Бумага 0,140
Вата минеральная легкая 0,045
Вата минеральная тяжелая 0,055
Вата хлопковая 0,055
Вермикулитовые листы 0,100
Войлок шерстяной 0,045
Гипс строительный 0,350
Глинозем 2,330
Гравий (наполнитель) 0,930
Гранит, базальт 3,500
Грунт 10% воды 1,750
Грунт 20% воды 2,100
Грунт песчаный 1,160
Грунт сухой 0,400
Грунт утрамбованный 1,050
Гудрон 0,300
Древесина – доски 0,150
Древесина – фанера 0,150
Древесина твердых пород 0,200
Древесно-стружечная плита ДСП 0,200
Дюралюминий 160,0
Железобетон 1,700
Зола древесная 0,150
Известняк 1,700
Известь-песок раствор 0,870
Ипорка (вспененная смола) 0,038
Камень 1,400
Картон строительный многослойный 0,130
Каучук вспененный 0,030
Каучук натуральный 0,042
Каучук фторированный 0,055
Керамзитобетон 0,200
Кирпич кремнеземный 0,150
Кирпич пустотелый 0,440
Кирпич силикатный 0,810
Кирпич сплошной 0,670
Кирпич шлаковый 0,580
Кремнезистые плиты 0,070
Латунь 110,0
Лед 0°С 2,210
Лед -20°С 2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности) 0,150
Медь 380,0
Мипора 0,085
Опилки – засыпка 0,095
Опилки древесные сухие 0,065
ПВХ 0,190
Пенобетон 0,300
Пенопласт ПС-1 0,037
Пенопласт ПС-4 0,040
Пенопласт ПХВ-1 0,050
Пенопласт резопен ФРП 0,045
Пенополистирол ПС-Б 0,040
Пенополистирол ПС-БС 0,040
Пенополиуретановые листы 0,035
Пенополиуретановые панели 0,025
Пеностекло легкое 0,060
Пеностекло тяжелое 0,080
Пергамин 0,170
Перлит 0,050
Перлито-цементные плиты 0,080
Песок 0% влажности 0,330
Песок 10% влажности 0,970
Песок 20% влажности 1,330
Песчаник обожженный 1,500
Плитка облицовочная 1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2 0,036
Полистирол 0,082
Поролон 0,040
Портландцемент раствор 0,470
Пробковая плита 0,043
Пробковые листы легкие 0,035
Пробковые листы тяжелые 0,050
Резина 0,150
Рубероид 0,170
Сланец 2,100
Снег 1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности) 0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности) 0,230
Сталь 52,0
Стекло 1,150
Стекловата 0,050
Стекловолокно 0,036
Стеклотекстолит 0,300
Стружки – набивка 0,120
Тефлон 0,250
Толь бумажный 0,230
Цементные плиты 1,920
Цемент-песок раствор 1,200
Чугун 56,0
Шлак гранулированный 0,150
Шлак котельный 0,290
Шлакобетон 0,600
Штукатурка сухая 0,210
Штукатурка цементная 0,900
Эбонит 0,160

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 следующей таблице:

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.

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита

Определяясь с видом бетона, который будет использоваться для постройки жилого дома, следует оценить, как изменяется теплопроводность монолита для разновидностей этого строительного материала. Поможет сравнить теплопроводность бетона таблица, которая охватывает характеристики всех типов бетона. Рассмотрим, как изменяется уровень теплопроводности бетонного массива, который выражается в Вт/м 2 х ºC для наиболее распространенных разновидностей материала.

Читайте также:  Почему газовая колонка сильно хлопает при включении воды?

Наименьшее значение коэффициента у бетонных композитов с ячеистой структурой:

  • для сухого пенобетона и газонаполненного бетона величина показателя небольшая, по сравнению с другими видами. Она возрастает при повышении плотности материала. При удельном весе 0,6 т/м 3 коэффициент равен 0,14, а при плотности 1 т/м 3 уже составляет 0,31. При базовой влажности значения возрастают от 0,22 до 0,48, а при повышенной от 0,26 до 0,55;
  • керамзитонаполненный бетон, в зависимости от плотности массива, также имеет различную величину коэффициента, который изменяется пропорционально возрастанию удельного веса. Так керамзитобетон с плотностью 0,5 т/м 3 имеет низкий коэффициент, равный 0,14, а при возрастании плотности до 1,8 т/м 3 параметр теплопроводности возрастает до 0,66.

Величина коэффициента определяется также используемым для приготовления бетонной смеси наполнителем:

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита
  • для тяжелого бетона плотностью 2,4 т/м 3 , содержащего щебеночный наполнитель, показатель составляет 1,51;
  • бетон, где в качестве наполнителя используются шлаки, характеризуется уменьшенной величиной теплопроводности, составляющей 0,3–0,7;
  • керамзитобетон, содержащий кварцевый или перлитовый песок, имеет плотность 0,8–1 и, соответственно, уровень теплопроводности, равный 0,22–0,41.

Коэффициент теплопроводности бетона

надежно теплоизолируют возводимое строение. При сооружении стен зданий из бетона, имеющего пористую структуру и пониженный уровень теплопроводности, необходим тонкий слой теплоизолятора. Применение тяжелых марок бетона требует усиленного утепления строения. Для этого укладывается толстый слой теплоизолятора. При подборе материала следует учитывать, что с возрастанием плотности увеличивается теплопроводность бетонного массива.

Особенности и отличия типов кирпича

Строительное назначение различных марок кирпича разное – это специальный кирпич, облицовочный и строительные марки. При возведении дома используют обычный строительный кирпич, для декорирования фасадов домов – облицовочные изделия, а специальные марки используют для особых условий эксплуатации конструкции из кирпича, например, в печи или камине.

Полнотелый кирпич

Особенности и отличия типов кирпича

Полнотелые кирпичные изделия, согласно технологии изготовления, имеют ≤ 13% воздушных пустот: такой кирпич подходит для строительства наружных и внутренних стен дома, колонн и столбов, перемычек и арок. Объекты из полнотелого кирпича могут выдерживать повышенную нагрузку из-за высоких показателей прочности по сжатию, изгибанию и морозоустойчивости. Параметры теплоизоляции кирпича, свойства водопоглощения и сцепляемость зависят от степени пористости изделия. Этот кирпич имеет средние показатели сопротивления к теплопередаче, поэтому стены дома рекомендуется делать достаточно толстыми (не менее 0,5 метра), и проводить утепление другими средствами.

Пустотелый кирпич производится с объемом пустот ≤ 45%, поэтому его вес меньше, чем у стандартного полнотелого кирпича. Его используют при строительстве внутренних перегородок, наружных стен и каркасов многоэтажных высотных домов. Форма пустот бывает сквозной или односторонней (закрытой с торца), в форме круга, квадрата, овала или прямоугольника. Формируют пустоты в вертикальном или горизонтальном направлении относительно продольной оси изделия.

Пустоты в и без того небольшом изделии экономят почти половину строительного материала и делают стены теплее. При укладке пустотелого кирпича необходимо контролировать консистенцию цементного раствора – он не должен растекаться по поверхности и заполнять пустоты, которые формируют в стене, о чем писалось выше.

Особенности и отличия типов кирпича

Пустотелый кирпич

Назначение облицовочного кирпича понятно из его названия – он используется для облицовки фасадов и боковых стен дома. Размеры облицовочных изделий такие же, как и у обычного строительного кирпича (можно приобрести и партию с уменьшенными размерами), что облегчает работу с ним. Кирпич для облицовки часто изготавливают с пустотами, что улучшает его потребительские характеристики – работая с таким кирпичом, можно сэкономить на дополнительной теплоизоляции стен.

Кирпич облицовочный

Особенности и отличия типов кирпича

Пример марок специальных кирпичей – теплоизолирующие и огнеупорные изделия. Обе марки используют при строительстве печей для обогрева и домашних каминов, а также промышленных плавильных печей. Материал для изготовления – шамотная глина с особыми свойствами огнеупорности. При этом разные технологии изготовления позволяют использовать огнеупорный кирпич для разных условий эксплуатации. Например, кирпич с огнеупорными свойствами может выдержать температуру больше 1600 °С, а теплоизолирующие марки кирпича применяют в технологиях теплоизоляции, например, при нагревании наружных стенок мартеновских печей, а также для предотвращения потерь тепла в зданиях. Для строительства наружных несущих стен дома огнеупорный кирпич не годится – из-за невысокой прочности на сжатие из него можно строить только внутренние перегородки в доме.

Огнеупорный кирпич

Основное предназначение клинкерного кирпича – облицовка фундаментов домов. Эта марка имеет высокий коэффициент морозоустойчивости, механической прочности и водопоглощения, так как для его изготовления используют тугоплавкую глину. Сырой клинкерный кирпич обжигается при более высоких температурах, чем при обжиге обычных марок кирпича.

Особенности и отличия типов кирпича