Tepelná vodivost stavebních materiálů: tabulka součinitelů a jejich význam pro výpočty.

Tepelná vodivost stavebních materiálů se stala v posledních letech oblíbeným tématem. Je to dáno tím, že lidé začali častěji přemýšlet o tom, jak ušetřit za vytápění svých domů v zimě, případně je učinit ekologičtějšími (pokud se topí uhlím, topným olejem nebo jiným neekologickým palivem).

Věříme, že mnozí z vás již slyšeli, že některé materiály vedou teplo dobře, jiné ne tolik. V souladu s tím jsou některé domy okamžitě teplé, zatímco jiné nutně potřebují izolovat. Ale jak to všichni spočítají? Podle jakých kritérií a vzorců? O tom vám povíme v tomto článku.

Součinitel tepelné vodivosti Lambda. co to je?

Koeficient λ (lambda) – To je snad nejdůležitější parametr všech tepelně izolačních materiálů. Jeho hodnota udává, kolik tepla může materiál přes sebe propustit. Tedy jeho index tepelné vodivosti.

Čím nižší je hodnota součinitele λ (lambda), tím nižší je vodivost materiálu, a proto je lépe izolován od tepelných ztrát. To znamená, že za stejných podmínek projde látkou s větší tepelnou vodivostí více tepla.

Jak se tento koeficient vypočítá? Podle druhého termodynamického zákona jde teplo vždy do oblasti s nižší teplotou. U tělesa ve tvaru teplovodivého kvádru za stacionárních podmínek závisí množství předávaného tepla na látce, úměrné průřezu tělesa, rozdílu teplot a době přenosu tepla.

Výpočtový vzorec tedy bude vypadat takto:

• λ (lambda) — součinitel tepelné vodivosti;
• ΔQ je množství tepla proudícího tělem;
• t — čas;
• L – délka těla;
• S je plocha průřezu těla;
• ΔT — teplotní rozdíl ve směru tepelné vodivosti;
• d je tloušťka přepážky.

Soustava SI je brána jako jednotka měření tepelné vodivosti – [W / (m K)]. Vyjadřuje množství tepelného toku jednotkovým povrchem materiálu dané tloušťky, je-li teplotní rozdíl mezi jeho dvěma stranami 1 Kelvin. Všechny tyto ukazatele se měří ve speciálních stavebních laboratořích.

Na čem závisí tepelná vodivost?

Jak jsme tedy již viděli, součinitel tepelné vodivosti λ (lambda) charakterizuje intenzitu prostupu tepla konkrétním materiálem.

Například kovy jsou nejvíce tepelně vodivé a plyny jsou nejslabší. Všechny vodiče elektřiny, jako je měď, hliník, zlato nebo stříbro, také dobře propouští teplo, zatímco elektrické izolanty (dřevo, plast, guma) ho naopak zadržují.

Co může ovlivnit tento ukazatel, kromě samotného materiálu? Například teplota. Tepelná vodivost izolačních materiálů s rostoucí teplotou roste, u kovů naopak klesá. Přítomnost nečistot může také ovlivnit. Nepodobné kovové slitiny mají obecně nižší tepelnou vodivost než jejich legující prvky.

Obecně platí, že tepelná vodivost látek závisí především na jejich struktuře, pórovitosti, a především na jejich hustotě. Pokud tedy výrobce uvádí nízkou hodnotu lambda při nízké hustotě materiálu, nemá tato informace zpravidla nic společného s realitou a jde pouze o reklamní trik.

Hodnoty tepelné vodivosti pro různé materiály

Pomocí této tabulky můžete porovnat, kolik může konkrétní materiál přenášet teplo:

Tepelná vodivost [W/(m K)]

Plsť, rohože a desky z minerální vlny

0,16 – 0,3 (borovice a smrk), 0,22 – 0,4 (dub)

Aplikace součinitele tepelné vodivosti ve stavebnictví

Ve stavebnictví platí jedno jednoduché pravidlo – součinitele tepelné vodivosti izolačních materiálů by měly být co nejnižší. Čím nižší je totiž hodnota λ (lambda), tím menší tloušťku izolační vrstvy lze vyrobit pro zajištění konkrétní hodnoty součinitele prostupu tepla stěnami nebo příčkami.

V současné době se výrobci tepelně izolačních materiálů (pěnový polystyren, grafitové desky nebo minerální vlna) snaží minimalizovat tloušťku výrobku snížením koeficientu λ (lambda), např. u polystyrenu je to 0,032-0,045 oproti 0,15-1,31 u cihlový.

Co se týče stavebních materiálů, součinitel tepelné vodivosti není při jejich výrobě tak důležitý, ale v posledních letech je trendem výroby stavebních materiálů s nízkou hodnotou λ (například keramické tvárnice, konstrukční izolační panely, pórobeton bloky). Takové materiály umožňují postavit jednovrstvou stěnu (bez izolace) nebo s minimální možnou tloušťkou izolační vrstvy.

Je důležité, aby se: Součinitel tepelné vodivosti lambda závisí na hustotě materiálu, proto při nákupu například pěnového polystyrenu věnujte pozornost hmotnosti výrobku. Pokud je hmotnost příliš nízká, pak desky nemají deklarovanou tepelnou izolaci. Dodáváme, že výrobce je povinen uvádět na každém balení deklarovanou hodnotu součinitele tepelné vodivosti.

Jaký stavební materiál je nejteplejší?

V současnosti se jedná o polyuretanovou pěnu (PPU) a její deriváty a také minerální (čedičovou, kamennou) vlnu. Již se osvědčily jako účinné tepelné izolanty a dnes se hojně používají při zateplování domů.

Abychom ilustrovali, jak účinné jsou tyto materiály, ukážeme vám následující obrázek. Ukazuje, jaká tloušťka materiálu stačí k udržení tepla ve stěně domu:

Co vzduch a plynné látky? – ptáš se. Vždyť jejich koeficient Lambda je ještě nižší? To je sice pravda, ale pokud máme co do činění s plyny a kapalinami, musíme kromě tepelné vodivosti počítat i s pohybem tepla uvnitř nich – tedy konvekcí (nepřetržitý pohyb vzduchu, kdy teplejší vzduch stoupá vzhůru a chladnější vzduch klesá).

Podobný jev se vyskytuje u porézních materiálů, proto mají vyšší hodnoty tepelné vodivosti než pevné materiály. Jde o to, že v dutinách takových materiálů jsou ukryty malé částice plynu (vzduch, oxid uhličitý). I když se to může stát i u jiných materiálů – pokud jsou v nich vzduchové póry příliš velké, může v nich také začít docházet ke konvekci.

Rozdíl mezi tepelnou vodivostí a přenosem tepla

Kromě součinitele tepelné vodivosti Lambda existuje také součinitel prostupu tepla U. Znějí podobně, ale znamenají úplně jiné věci.

Pokud je tedy součinitel tepelné vodivosti charakteristikou určitého materiálu, pak součinitel prostupu tepla U určuje stupeň tepelné izolace stěny nebo příčky. Jednoduše řečeno, součinitel tepelné vodivosti je výchozí a přímo ovlivňuje hodnotu součinitele prostupu tepla U.

Pokud máte zájem získat více informací na toto téma, stejně jako zjistit, jaké materiály je nejlepší pro zateplení vašeho domova, jaké jsou rozdíly mezi různými typy izolací, doporučujeme přečíst tento článek.

Stavba jakéhokoli domu, ať už je to chata nebo skromný venkovský dům, musí začít vypracováním projektu. V této fázi se stanoví nejen architektonický vzhled budoucí stavby, ale také její strukturální a tepelné vlastnosti.

Hlavním úkolem ve fázi projektu nebude pouze vývoj pevných a odolných konstrukčních řešení schopných udržet co nejpohodlnější mikroklima s minimálními náklady. S výběrem vám může pomoci srovnávací tabulka tepelné vodivosti materiálů.

Pojem tepelné vodivosti

Obecně je proces vedení tepla charakterizován přenosem tepelné energie z více zahřátých částic pevné látky na méně zahřáté. Proces bude pokračovat, dokud nedojde k tepelné rovnováze. Jinými slovy, dokud se teploty nevyrovnají.

Součinitel tepelné vodivosti cihel.

Ve vztahu k plášti budovy (stěny, podlaha, strop, střecha) bude proces přenosu tepla dán dobou, během níž se teplota uvnitř místnosti vyrovná teplotě okolí.

Čím déle bude tento proces trvat, tím bude místnost pohodlnější a bude úspornější z hlediska provozních nákladů.

Číselně je proces přenosu tepla charakterizován součinitelem tepelné vodivosti. Fyzikální význam koeficientu ukazuje, kolik tepla projde jednotkou povrchu za jednotku času. Tito. čím vyšší je hodnota tohoto ukazatele, tím lépe je teplo vedeno, což znamená, že dojde k rychlejšímu procesu výměny tepla.

V souladu s tím je ve fázi návrhu nutné navrhnout konstrukce, jejichž tepelná vodivost by měla být co nejnižší.

Faktory ovlivňující hodnotu tepelné vodivosti

Tepelná vodivost materiálů používaných ve stavebnictví závisí na jejich parametrech:

Závislost tepelné vodivosti pórobetonu na hustotě.

1. Pórovitost Přítomnost pórů ve struktuře materiálu narušuje jeho homogenitu. Při průchodu tepelného toku se část energie přenese přes objem obsazený póry a naplněný vzduchem. Je akceptováno brát jako referenční bod tepelnou vodivost suchého vzduchu (0,02 W/(m*°C)). V souladu s tím, čím větší objem zabírají vzduchové póry, tím nižší bude tepelná vodivost materiálu.
2. Struktura pórů Malá velikost pórů a jejich uzavřenost přispívají ke snížení rychlosti tepelného toku. V případě použití materiálů s velkými propojenými póry se na procesu přenosu tepla budou kromě tepelné vodivosti podílet procesy přenosu tepla konvekcí.
3. Při vyšších hustotách spolu částice těsněji interagují a více přispívají k přenosu tepelné energie. Obecně se hodnoty tepelné vodivosti materiálu v závislosti na jeho hustotě určují buď na základě referenčních údajů, nebo empiricky.
4. Vlhkost, hodnota tepelné vodivosti pro vodu je (0,6 W/(m*°C)). Když stěnové konstrukce nebo izolace navlhnou, suchý vzduch je vytlačen z pórů a nahrazen kapkami kapalného nebo nasyceného vlhkého vzduchu. Tepelná vodivost se v tomto případě výrazně zvýší.
5. Vliv teploty na tepelnou vodivost materiálu se odráží ve vzorci:

kde λo je součinitel tepelné vodivosti při teplotě 0 °C, W/m*°C,

b referenční hodnota teplotního koeficientu,

Praktická aplikace hodnoty tepelné vodivosti stavebních materiálů

Z pojmu tepelná vodivost přímo vyplývá pojem tloušťky vrstvy materiálu pro získání požadované hodnoty odporu tepelného toku. Tepelný odpor je normovaná hodnota.

Zjednodušený vzorec, který určuje tloušťku vrstvy, bude vypadat takto:

Tabulka tepelné vodivosti izolačních materiálů.

kde, H tloušťka vrstvy, m,

R odpor přenosu tepla, (m2*°С)/W,

λ součinitel tepelné vodivosti, W/(m*°C).

Tento vzorec při použití na stěnu nebo strop má následující předpoklady:

• obklopující konstrukce má homogenní monolitickou strukturu,
• použité stavební materiály mají přirozenou vlhkost.

Při projektování jsou potřebné normalizované a referenční údaje převzaty z regulační dokumentace:

• SNiP23-01-99 Stavební klimatologie,
• SNiP 23 Tepelná ochrana budov,
• SP 23-101-2004 Navrhování tepelné ochrany budov.

Tepelná vodivost materiálů: parametry

Bylo přijato konvenční dělení materiálů používaných ve stavebnictví na konstrukční a tepelné izolace.

Konstrukční materiály se používají pro stavbu obvodových konstrukcí (stěny, příčky, stropy). Vyznačují se vysokými hodnotami tepelné vodivosti.

Hodnoty součinitelů tepelné vodivosti jsou shrnuty v tabulce 1:

Materiál Součinitel tepelné vodivosti, W/(m*°C). Pěnový beton (0,08 0,29) v závislosti na hustotě Smrkové a borové dřevo (0,1 0,15) napříč strukturou

0,18 podél vláken Expandovaný jíl beton (0,14-0,66) v závislosti na hustotě Keramická dutá cihla 0,35 0,41 Červená hliněná cihla 0,56 Silikátová cihla 0,7 Železobeton 1,29

Dosazením údajů převzatých z regulační dokumentace a údajů z tabulky 2 do vzorce (1) můžete získat požadovanou tloušťku stěny pro konkrétní klimatickou oblast.

Pokud jsou stěny vyrobeny pouze z konstrukčních materiálů bez použití tepelné izolace, jejich požadovaná tloušťka (u železobetonu) může dosáhnout několika metrů. Design se v tomto případě ukáže jako neúměrně velký a těžkopádný.

Je možné stavět stěny bez použití dodatečné izolace, snad jen pěnobeton a dřevo. A i v tomto případě dosahuje tloušťka stěny půl metru.

Tepelně izolační materiály mají poměrně nízké hodnoty tepelné vodivosti.

Jejich hlavní rozsah leží od 0,03 do 0,07 W/(m*°C). Nejběžnějšími materiály jsou extrudovaný pěnový polystyren, minerální vlna, pěnový polystyren, skelná vata a izolační materiály na bázi polyuretanové pěny. Jejich použití může výrazně snížit tloušťku obvodových konstrukcí.

Tepelná vodivost při výstavbě

Schéma pro porovnání tepelné vodivosti stěn z pórobetonu a cihel.

Při navrhování a provádění stavebních prací je nutné vzít v úvahu možné cesty tepelných ztrát:

• 30-40% tepelných ztrát vzniká na povrchu stěn,
• 20-30 % přes mezipodlažní stropy a střechu,
• asi 20 % ztrát vzniká na ploše okenních a dveřních otvorů,
• přibližně 10 % tepla odchází z místnosti přes špatně izolované podlahy.

Důležitým faktorem při zvažování tepelné vodivosti ve stavebnictví je zajištění správných větrných a parotěsných zábran. Nejvíce to platí pro porézní izolaci. Tito. omezením přístupu vlhkosti dovnitř konstrukcí (zvenčí i zvenčí) bude odpor prostupu tepla vyšší. Izolace bude fungovat efektivněji, a proto bude zapotřebí menší tloušťka konstrukcí.

V ideálním případě by stěny a stropy měly být vyrobeny z tepelně izolačních materiálů. Mají však nízkou strukturální pevnost, což omezuje šíři jejich použití. Je potřeba vyrobit hlavní nosné konstrukce z cihel, dřeva, pěnobetonových bloků atd.

Nejběžnějším typem řešení domu, který se v praxi vyskytuje, je kombinace nosné konstrukce a tepelné izolace.

Zde můžete rozlišit:

Porovnání tepelné vodivosti slaměných betonových tvárnic s jinými materiály.

1. Konstrukce rámu Hlavní rám, který zajišťuje prostorovou tuhost, je vyroben z dřevěných desek nebo trámů. Izolace se instaluje do prostoru mezi sloupky. V některých případech se pro dosažení požadovaných ukazatelů energetické účinnosti provádí dodatečná izolace na vnější straně rámu.
2. Konstrukce stěn domu z cihel, pórobetonových bloků, dřeva a izolace se provádí podél vnějšího povrchu. Izolační vrstva kompenzuje nadměrnou tepelnou vodivost materiálu hlavní stěny. Na druhou stranu zatěžuje materiál hlavní stěny, který kompenzuje nízkou mechanickou pevnost izolace.

Podobné vzory budou platné při konstrukci mezipodlažních stropů a střešních konstrukcí.

Kombinací materiálů s požadovanými hodnotami součinitelů tepelné vodivosti je tak možné získat obvodové pláště budov, které mají optimální vlastnosti a tloušťku.