Теплопроводность материала: Упс… Кажется такой страницы нет на сайте

Содержание

Коэффициент теплопроводности материалов таблица, формулы

Термин «теплопроводность» применяется к свойствам материалов пропускать тепловую энергию от горячих участков к холодным. Теплопроводность основана на движении частиц внутри веществ и материалов. Способность передавать энергию тепла в количественном измерении – это коэффициент теплопроводности. Круговорот тепловой энергопередачи, или тепловой обмен, может проходить в любых веществах с неравнозначным размещением разных температурных участков, но коэффициент теплопроводности зависим от давления и температуры в самом материале, а также от его состояния – газообразного, жидкого или твердого. Эквивалентная теплопроводимость строительных материалов и утеплителей

 

Физически теплопроводность материалов равняется количеству тепла, которое перетекает через однородный предмет установленных габаритов и площади за определенный временной отрезок при установленной температурной разнице (1 К). В системе СИ единичный показатель, который имеет коэффициент теплопроводности, принято измерять в Вт/(м•К).

Как рассчитать теплопроводность по закону Фурье

В заданном тепловом режиме плотность потока при передаче тепла прямо пропорциональна вектору максимального увеличения температуры, параметры которой изменяются от одного участка к другим, и по модулю с одинаковой скоростью увеличения температуры по направлению вектора:

q = − ϰ х grad х (T), где:

  • q – направление плотности предмета, передающего тепло, или объем теплового потока, который протекает по участку за заданную временную единицу через определенную площадь, перпендикулярный всем осям;
  • ϰ – удельный коэффициент теплопроводности материала;
  • T – температура материала.
Перенос тепла в неравновесной термодинамической системе

 

Знак «-» в формуле перед «ϰ» указывает, что тепло движется в противоположном направлении от вектора grad х (T)/ – в направлении уменьшения температуры предмета. Эта формула отражает закон Фурье. В интегральном выражении коэффициент теплопередачи согласно закону Фурье будет выглядеть как формула:

  • P = − ϰ х S х ΔT / l, выражается в (Вт/(м•К) х (м2•К) / м = Вт/(м•К) х (м•К) = Вт), где:
  • P ­– общая мощность потерь теплоотдачи;
  • S – сечение предмета;
  • ΔT – разница температуры по стыкам сторон предмета;
  • l – расстояние между стыками сторон предмета – длина фигуры.
Связь коэффициента теплопроводимости с электропроводностью материалов

 

Электропроводность и коэффициент теплопередачи

Собственно, коэффициент теплопроводности металлов «ϰ» связан с их удельной электропроводимостью «σ» согласно закону Видемана-Франца, в соответствии с которым коэффициент теплопроводности металлов зависит от удельной электропроводимости прямо пропорционально температуре:

Κ / σ = π2 / 3 х (К / e)2 х T, где:

  • К – постоянный коэффициент Больцмана, устанавливающий закономерность между тепловой энергией тела и его температурой;
  • e – заряд электрона;
  • T – термодинамическая температура предмета.

Коэффициент теплопроводности газовой среды

В газовой среде коэффициент теплопроводности воздуха может рассчитываться по приблизительной формуле:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х Λλ х v, где:

  • pv – плотность газовой среды;
  • cv – удельная емкость тепловой энергии при одном и том же объеме тела;
  • Λλ – расстояние свободного перемещения молекул в газовой среде;
  • v – скорость передачи тепла.
Что такое теплопроводимость

 

Или:

ϰ = I x К / 3 x π3/3 x d2 √ RT / μ, где:

  • i – результат суммирования уровней свободы прямого движения и вращения молекул в газовой среде (для 2-атомных газов i=5, для 1-атомных i=3;
  • К – коэффициент Больцмана;
  • μ – отношение массы газа к количеству молей газа;
  • T – термодинамическая температура;
  • d – ⌀ молекул газа;
  • R – универсальный коэффициент для газовой среды.

Согласно формуле минимальная теплопроводность материалов существует у тяжелых инертных газов, максимально эффективная теплопроводность строительных материалов – у легких.

Теплопроводимость в газовой разреженной среде

Газовая среда и теплопроводность

 

Результат по выкладкам выше, по которым делают расчет теплопроводности для газовой среды, от давления не зависит. Но в очень разреженной газовой среде расстояние свободного перемещения молекул зависит не от столкновений частиц, а от препятствий в виде стен резервуара. При этом ограничение перемещения молекул в соответствующих единицах измерения называют высоковакуумной средой, при которой степень теплообмена уменьшается в зависимости от плотности материала и прямо пропорциональна значению давления в резервуаре:

ϰ ~ 1/3 х p х cv х l х v, где:

i – объем резервуара;

Р – уровень давления в резервуаре.

Согласно этой формуле теплопроводность в вакуумной среде стремится к нулевой отметке при глубоком вакууме. Это объясняется тем, что в вакууме частицы, которые передают тепловую энергию, имеют низкую плотность на единицу площади. Но тепловая энергия в вакуумной среде перетекает посредством излучения. В качестве примера можно привести обычный термос, в котором для уменьшения потерь тепловой энергии стенки должны быть двойными и посеребренными, без воздуха между ними. Что такое тепловое излучение

 

При применении закона Фурье не принимают во внимание инерционность перетекания тепловой энергии, а это значит, что имеется в виду мгновенная передача тепла из любой точки на любое расстояние. Поэтому формулу нельзя использовать для расчетов передачи тепла при протекании процессов, имеющих высокую частоту повторения. Это ультразвуковое излучение, передача тепловой энергии волнами ударного или импульсного типа и т.д. Существует решение по закону Фурье с релаксационным членом:

τ х ∂q / ∂t = − (q + ϰ х ∇T) .

Если ре­лак­са­ция τ мгновенная, то формула превращается в закон Фурье.

Ориентировочная таблица теплопроводности материалов:

Основа Значение теплопроводности, Вт/(м•К)
Жесткий графен 4840 +/ 440 – 5300 +/ 480
Алмаз 1001-2600
Графит 278,4-2435
Бора арсенид 200-2000
SiC 490
Ag 430
Cu 401
BeO 370
Au 320
Al 202-236
AlN 200
BN 180
Si 150
Cu3Zn2 97-111
Cr 107
Fe 92
Pt 70
Sn 67
ZnO 54
 Черная сталь 47-58
Pb 35,3
Нержавейка Теплопроводность стали – 15
SiO2 8
Высококачественные термостойкие пасты 5-12
Гранит

(состоит из SiO2 68-73 %; Al2O3 12,0-15,5 %; Na2O 3,0-6,0 %; CaO 1,5-4,0 %; FeO 0,5-3,0 %; Fe2O3 0,5-2,5 %; К2О 0,5-3,0 %; MgO 0,1-1,5 %; TiO2 0,1-0,6 %)

2,4
Бетонный раствор без заполнителей 1,75
Бетонный раствор со щебнем или с гравием 1,51
Базальт

(состоит из SiO2 – 47-52%, TiO2 – 1-2,5%, Al2O3 – 14-18%, Fe2O3 – 2-5%, FeO – 6-10%, MnO – 0,1-0,2%, MgO – 5-7%, CaO – 6-12%, Na2O – 1,5-3%, K2O – 0,1-1,5%, P2O5 – 0,2-0,5 %)

1,3
Стекло

(состоит из SiO2, B2O3, P2O5, TeO2, GeO2, AlF3 и т.д.)

1-1,15
Термостойкая паста КПТ-8 0,7
Бетонный раствор с наполнителем из песка, без щебня или гравия 0,7
Вода чистая 0,6
Силикатный

или красный кирпич

0,2-0,7
Масла

на основе силикона

0,16
Пенобетон 0,05-0,3
Газобетон 0,1-0,3
Дерево Теплопроводность дерева – 0,15
Масла

на основе нефти

0,125
Снег 0,10-0,15
ПП с группой горючести Г1 0,039-0,051
ЭППУ с группой горючести Г3, Г4 0,03-0,033
Стеклянная вата 0,032-0,041
Вата каменная 0,035-0,04
Воздушная атмосфера (300 К, 100 кПа) 0,022
Гель

на основе воздуха

0,017
Аргон (Ar) 0,017
Вакуумная среда 0

Приведенная таблица теплопроводности учитывает теплопередачу посредством теплового излучения и теплообмена частиц. Так как вакуум не передает тепло, то оно перетекает при помощи солнечного излучения или другого типа генерации тепла.  В газовой или жидкой среде слои с разной температурой смешиваются искусственно или естественным способом.

Таблица теплопроводимости стройматериалов

 

Проводя расчет теплопроводности стены, необходимо принимать во внимание, что теплопередача сквозь стеновые поверхности меняется от того, что температура в здании и на улице всегда разная, и зависит от площади всех поверхностей дома и от теплопроводности стройматериалов.

Чтобы количественно оценить теплопроводность, ввели такое значение, как коэффициент теплопроводности материалов. Он показывает, как тот или иной материал способен передавать тепло. Чем выше это значение, например, коэффициент теплопроводности стали, тем эффективнее сталь будет проводить тепло.

  • При утеплении дома из древесины рекомендуется выбирать стройматериалы с низким коэффициентом.
  • Если стена кирпичная, то при значении коэффициента 0,67 Вт/(м2•К) и толщине стены 1 м при ее площади 1 м2 при разнице наружной и внутридомовой температуры 10С кирпич будет пропускать 0,67 Вт энергии. При разнице температур 10
    0
    С кирпич будет пропускать 6,7 Вт и т.д.

Стандартное значение коэффициента теплопроводимости теплоизоляции и других строительных материалов верно для толщины стены 1 м. Чтобы провести расчет теплопроводности поверхности другой толщины, следует коэффициент поделить на выбранное значение толщины стены (метры). Ориентировочные показатели коэффициентов теплопроводимости

 

В СНиП и при проведении расчетов фигурирует термин «тепловое сопротивление материала», он означает обратную теплопроводность. То есть при теплопроводности листа пенопласта 10 см и его теплопроводности 0,35 Вт/(м2•К) тепловое сопротивление листа – 1 / 0,35 Вт/(м2•К) = 2,85 (м2•К)/Вт.

Ниже – таблица теплопроводности для востребованных строительных материалов и теплоизоляторов:

Стройматериалы Коэффициент теплопроводимости, Вт/(м2•К)
Плиты из алебастра 0,47
Al 230
Шифер асбоцементный 0,35
Асбест (волокно, ткань) 0,15
Асбоцемент 1,76
Асбоцементные изделия 0,35
Асфальт 0,73
Асфальт для напольного покрытия 0,84
Бакелит 0,24
Бетон с заполнителем щебнем 1,3
Бетон с заполнителем песком 0,7
Пористый бетон – пено- и газобетон 1,4
Сплошной бетон 1,75
Термоизоляционный бетон 0,18
Битумная масса 0,47
Бумажные материалы 0,14
Рыхлая минвата 0,046
Тяжелая минвата 0,05
Вата – теплоизолятор на основе хлопка 0,05
Вермикулит в плитах или листах 0,1
Войлок 0,046
Гипс 0,35
Глиноземы 2,33
Гравийный заполнитель 0,93
Гранитный или базальтовый заполнитель 3,5
Влажный грунт, 10% 1,75
Влажный грунт, 20% 2,1
Песчаники 1,16
Сухая почва 0,4
Уплотненный грунт 1,05
Гудроновая масса 0,3
Доска строительная 0,15
Фанерные листы 0,15
Твердые породы дерева 0,2
ДСП 0,2
Дюралюминиевые изделия 160
Железобетонные изделия 1,72
Зола 0,15
Известняковые блоки 1,71
Раствор на песке и извести 0,87
Смола вспененная 0,037
Природный камень 1,4
Картонные листы из нескольких слоев 0,14
Каучук пористый 0,035
Каучук 0,042
Каучук с фтором 0,053
Керамзитобетонные блоки 0,22
Красный кирпич 0,13
Пустотелый кирпич 0,44
Полнотелый кирпич 0,81
Сплошной кирпич 0,67
Шлакокирпич 0,58
Плиты на основе кремнезема 0,07
Латунные изделия 110
Лед при температуре 00С 2,21
Лед при температуре -200С 2,44
Лиственное дерево при влажности 15% 0,15
Медные изделия 380
Мипора 0,086
Опилки для засыпки 0,096
Сухие опилки 0,064
ПВХ 0,19
Пенобетон 0,3
Пенопласт марки ПС-1 0,036
Пенопласт марки ПС-4 0,04
Пенопласт марки ПХВ-1 0,05
Пенопласт марки ФРП 0,044
ППУ марки ПС-Б 0,04
ППУ марки ПС-БС 0,04
Лист из пенополиуретана 0,034
Панель из пенополиуретана 0,024
Облегченное пеностекло 0,06
Тяжелое вспененное стекло 0,08
Пергаминовые изделия 0,16
Перлитовые изделия 0,051
Плиты на цементе и перлите 0,085
Влажный песок 0% 0,33
Влажный песок 0% 0,97
Влажный песок 20% 1,33
Обожженный камень 1,52
Керамическая плитка 1,03
Плитка марки ПМТБ-2 0,035
Полистирол 0,081
Поролон 0,04
Раствор на основе цемента без песка 0,47
Плита из натуральной пробки 0,042
Легкие листы из натуральной пробки 0,034
Тяжелые листы из натуральной пробки 0,05
Резиновые изделия 0,15
Рубероид 0,17
Сланец 2,100
Снег 1,5
Хвойная древесина влажностью 15% 0,15
Хвойная смолистая древесина влажностью 15% 0,23
Стальные изделия 52
Стеклянные изделия 1,15
Утеплитель стекловата 0,05
Стекловолоконные утеплители 0,034
Стеклотекстолитовые изделия 0,31
Стружка 0,13
Тефлоновое покрытие 0,26
Толь 0,24
Плита на основе цементного раствора 1,93
Цементно-песчаный раствор 1,24
Чугунные изделия 57
Шлак в гранулах 0,14
Шлак зольный 0,3
Шлакобетонные блоки 0,65
Сухие штукатурные смеси 0,22
Штукатурный раствор на основе цемента 0,95
Эбонитовые изделия 0,15
Влажность и теплопроводимость – зависимость

 

Кроме того, необходимо учитывать теплопроводность утеплителей из-за их струйных тепловых потоков. В плотной среде возможно «переливание» квазичастиц из одного нагретого стройматериала в другой, более холодный или более теплый, через поры субмикронных размеров, что помогает распространять звук и тепло, даже если в этих порах  будет абсолютный вакуум.

Теплопроводность твердых материалов

Материал 

Коэффициент

 Теплопроводности

( Вт/м . К)  

Кварцевая вата

0.004 — 0.04

Воздух

0.025

Дерево

0.04 — 0.4

Спирт и масла

0.1 — 0.21

Полипропилен

0.25

Минеральное масло

0.138

Резина

0.16

Цемент

0.29

Эпоксидная смола

с кварцевых наполнением

0.30

Эпоксидная смола

0.59

Вода (жидкая)

0.6

Теплопроводящая смазка

0.7 — 3

Стекло

1.1

Почва

1.5

Бетон, камень

1.7

Лед

2

Кремний

2.4

Нерж. сталь

12.11 ~ 45.0

Свинец

35.3

Алюминий

237 (чистый)
120—180 (сплавы)

Золото

318

Медь

401

Серебро

429

Алмаз

900 — 2320

Графен

(4840±440) — (5300±480)


Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

Теплопроводность и другие характеристики строительных материалов в цифрах. Сравнение теплопроводности строительных материалов

Теплопрово́дность — способность материальных тел проводить энергию (теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путём хаотического движения частиц тела (атомов, молекул, электронов и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.

От чего зависят тепловые потери в доме

Климатические условия

Регион РФ

Допустимая энергоэффективность окна (м²×°C/Вт)

Алтай

0,64

Адыгея

0,35

Астраханская область

0,48
Башкортостан 0,6
Бурятия 0,67
Дагестан 0,35
Калининградская область 0,42
Коми 0,69
Краснодарский край 0,35
Ленинградская область 0,54
Московская область 0,52
Магаданская область 0,77
Омская область 0,64
Орловская область 0,5
Ростовская область 0,42
Татарстан 0,58
Саха (Якутия) 0,8

Что такое теплопроводность и её значимость?

Теплопроводность – это количественное свойство веществ пропускать тепло, которое определяется коэффициентом. Этот показатель равен суммарному количеству тепла, которое проходит сквозь однородный материал, имеющий единицу длины, площади и времени при одинарной разнице в температурах. Система СИ преобразует эту величину в коэффициент теплопроводности, это в буквенном обозначении выглядит так – Вт/(м*К). Тепловая энергия распространяется по материалу посредством быстро движущихся нагретых частиц, которые при столкновении с медленными и холодными частицами передают им долю тепла. Чем лучше нагретые частицы будут защищены от холодных, тем лучше будет сохраняться накопленное тепло в материале.

Движение молекул тепла

Что такое теплопроводность: определение

При возведении зданий и сооружений могут использоваться разные материалы. Жилые и производственные постройки в условиях российского климата обычно утепляются. То есть, при их строительстве применяются специальные изоляторы, основным назначением которых является поддержание комфортной температуры внутри помещений. При расчете необходимого количества минеральной ваты или пенополистирола в обязательном порядке принимается во внимание теплопроводность использованного для возведения ограждающих конструкций основного материала.

Очень часто здания и сооружения в нашей стране строятся из разных видов бетона. Также для этой цели используются кирпич и дерево. Собственно самой теплопроводностью называется способность вещества к переносу энергии в своей толще в силу движения молекул. Идти подобный процесс может, как в твердых частях материала, так и в его порах. В первом случае он называется кондукцией, во втором — конвекцией. Остывание материала гораздо быстрее идет в его твердых частях. Воздух, заполняющий поры, задерживает тепло, конечно же, лучше.

Теплопроводность – что это

Сам термин «теплопроводность» определяет передачу энергии тепловой от предметов с более высокой температурой – предметам с более низкой. Сам теплообмен осуществляется до тех пор, пока температура обоих предметов не станет одинаковой. Чтобы обозначить энергию тепловую был создан коэффициент теплопроводности, применяемый для строительных материалов. Этот параметр дает четкое понимание того, какое количество энергии тепловой проходит в единицу времени через единицу площади. Чем выше этот показатель – тем лучше теплообмен. Чем меньше теплопроводность материал – тем более он пригоден для строительства жилых и отапливаемых помещений. Согласно строительным нормам толщина стен, препятствующая теплопотерям в зданиях должна соответствовать:

  1. Кирпич — 210 см
  2. Керамзитобетон — 90 см
  3. Дерево — 53 см
  4. Газобетон — 44 см
  5. Минеральная вата — 18 см
  6. Пенополистерол — 12 см

Теплопроводный коэффициент характеризуется показателем количества теплоты, проходящего сквозь метр толщины материала в единицу времени, равную 60 минут. При создании лучшей теплоизоляции профессионалы рекомендуют использовать эту характеристику в обязательном порядке. Также на нее стоит обратить внимание при необходимости подобрать дополнительные утепляющие материалы и конструкции. Рассмотрим соотношение материала и коэффициента теплопроводности, измеренного в Ваттах на метр квадратный Кельвин:

алюминий асбест асфальтобетон асбесто-цементные плиты бетон, желоззобетон битум бронза винипласт вода при температурі вище 0 войлок шерстяной гипсокартон гранит древесина из дуба, волокна размещены вдоль древесина из дуба, волокна размещены поперек древесина из сосны или ели, волокна размещены вдоль древесина из сосны или ели, волокна размещены поперекдо 221 Вт/м2 0,151 Вт/м2*К 1,05 Вт/м2*К 0,35 Вт/м2*К до 1,51 Вт/м2*К 0,27 Вт/м2*К 64 Вт/м2 0,163 Вт/м2*К 0,6 Вт/м2*К 0,047 Вт/м2*К 0,15 Вт/м2*К 3,49 Вт/м2*К 0,23 Вт/м2*К 0,1 Вт/м2*К 0,18 Вт/м2*К до 0,15 Вт/м2*Кплита древесно-стружечная или плита ориентировано-стружечная железобетон Картон используемый для облицовки Керамзит, плотность 200кг / м3 Керамзит, плотность 800кг / м3 Керамзитобетон, плотность 500кг / м3 Керамзитобетон, плотность 1800кг / м3 Кирпич керамический, пустотелый брутто 1000, плотность 1200кг / м3 Кирпич керамический, пустотелый брутто брутто 1400, плотность 1600кг / м3 Кирпич красный глиняный Кирпич силикатный Кладка из изоляционного кирпича Кладка из обыкновенного кирпича Кладка из огнеупорного кирпича Краска масляная0,15 Вт / м2К 1,69 Вт / м2К 0,18 Вт / м2К 0,1 Вт / м2К 0,18 Вт / м2К 0,14 Вт / м2К 0,66 Вт / м2К 0,35 Вт / м2К 0,41 Вт / м2К 0,56 Вт / м2К 0,7 Вт / м2К до 0,209 Вт / м2К до 0,814 Вт / м2К 1,05 Вт / м2К 0,233 Вт / м2К

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.

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.

Таблица: коэффициентов теплопроводности металлов, полупроводников и изоляторов

Теплопроводность многих металлов следует соотношению k = 2,5·10-8σT, где Т обозначает температуру в °К, а σ — электропроводность в единицах (ом·см)-1. Это соотно­шение, которое лучше всего оправдывается для хороших проводников электричества и при высоких температурах, можно применять и для определения коэффициентов тепло­проводности.

Соотношение kpcp=const, где р обозначает плотность, а ср — удельную теплоем­кость при постоянном давлении, было предложено Стормом для того, чтобы объяснить температурные изменения этих величин для некоторых металлов и сплавов.

Таблица коэффициента теплопроводности металлов

Элементы с металлической электропроводностью.

Металл Коэффициент теплопроводности металлов (при температуре, °С) — 100 100 300 700
Алюминий2,452,382,302,260,9
Бериллий4,12,31,71,250,9
Ванадий0,310,34
Висмут0,110,080,070,11*0,15*
Вольфрам2,051,901,651,451,2
Гафний0,220,21
Железо0,940,760,690,550,34
Золото3,33,13,1
Индий0,25
Иридий1,511,481,43
Кадмий0,960,920,900,950,44 (400°)*
Калий0,990,42*0,34*
Кальций0,98
Кобальт0,69
Литий0,710,73
Магний1,61,51,51,45
Медь4,053,853,823,763,50
Молибден1,41,431,04 (1000°)
Натрий1,351,350,85*0,76*0,60*
Никель0,970,910,830,640,66
Ниобий0,490,490,510,56
Олово0,740,640,600,33
Палладий0,690,670,74
Платина0,680,690,720,760,84
Рений0,71
Родий1,541,521,47
Ртуть0,330,090.10,115
Свинец0,370,350,3350,3150,19
Серебро4,224,184,173,62
Сурьма0,230,180,170,170,21*
Таллий0,410,430,490,25 (400 0)*
Тантал0,540,54
Титан0,160,15
Торий0,410,390,400,45
Уран0,240,260,310,40
Хром0,860,850,800,63
Цинк1,141,131,091,000,56*
Цирконий0,210,200,19

* числа, набранные курсивом, относятся к жидкой фазе.

Таблица коэффициента теплопроводности полупроводников и изоляторов

Вещество Коэффициент теплопроводности при температура, °С — 100 100 500 700
Германий1,050,63
Графит0,5—4,00,5—3,00,4-1,70,4-0,9
Йод0,004
Углерод0,0160,0170,0190,023
Селен0,0024
Кремний0,84
Сера0,00290,0023
Теллур0,015

Закон теплопроводности Фурье

В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:

где  — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси,  — коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность),  — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В интегральной форме это же выражение запишется так (если речь идёт о стационарном потоке тепла от одной грани параллелепипеда к другой):

где  — полная мощность тепловых потерь,  — площадь сечения параллелепипеда,  — перепад температур граней,  — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями.

Связь с электропроводностью

Связь коэффициента теплопроводности с удельной электрической проводимостью в металлах устанавливает закон Видемана — Франца:

где  — постоянная Больцмана,  — заряд электрона,  — абсолютная температура.

Коэффициент теплопроводности газов

В газах коэффициент теплопроводности может быть найден по приближённой формуле

где  — плотность газа,  — удельная теплоёмкость при постоянном объёме,  — средняя длина свободного пробега молекул газа,  — средняя тепловая скорость. Эта же формула может быть записана как

где  — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа , для одноатомного ),  — постоянная Больцмана,  — молярная масса,  — абсолютная температура,  — эффективный (газокинетический) диаметр молекул,  — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из нерадиоактивных газов — у ксенона).

Теплопроводность в сильно разреженных газах

Приведённое выше выражение для коэффициента теплопроводности в газах не зависит от давления. Однако если газ сильно разрежен, то длина свободного пробега определяется не столкновениями молекул друг с другом, а их столкновениями со стенками сосуда. Состояние газа, при котором длина свободного пробега молекул ограничивается размерами сосуда называют высоким вакуумом. При высоком вакууме теплопроводность убывает пропорционально плотности вещества (то есть пропорциональна давлению в системе): , где  — размер сосуда,  — давление.

Таким образом коэффициент теплопроводности вакуума тем ближе к нулю, чем глубже вакуум. Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее, энергия в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому, например, для уменьшения теплопотерь стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность лучше отражает излучение), а воздух между ними откачивают.

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

Виды утеплителей

Из утеплителей меньшей теплопроводностью обладают пенополистирол и экструдированный пенополиуретан. Это жесткие, хрупкие материалы, выпускающиеся в плитах, и имеющие ячеистую структуру. Но нужно учесть, что при увеличении плотности структуры материала, увеличивается и его способность пропускать тепло.

Минеральные утеплители кроме хорошей сохранности тепла, обладают отличными звукоизоляционными свойствами: они гасят звуки, не позволяя им проникнуть в помещение.

Производится минвата в виде плит или в рулонах. Плитами обкладываются стены, кровля, пол. Рулонный утеплитель пригоден для укрытия труб водоснабжения и отопления.

  • Таблица теплопроводности утеплителей
  • Утеплитель Басвул
  • Керамический кирпич — Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материалов.

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

МатериалКоэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты0,470
Алюминий230,0
Асбест (шифер)0,350
Асбест волокнистый0,150
Асбестоцемент1,760
Асбоцементные плиты0,350
Асфальт0,720
Асфальт в полах0,800
Бакелит0,230
Бетон на каменном щебне1,300
Бетон на песке0,700
Бетон пористый1,400
Бетон сплошной1,750
Бетон термоизоляционный0,180
Битум0,470
Бумага0,140
Вата минеральная легкая0,045
Вата минеральная тяжелая0,055
Вата хлопковая0,055
Вермикулитовые листы0,100
Войлок шерстяной0,045
Гипс строительный0,350
Глинозем2,330
Гравий (наполнитель)0,930
Гранит, базальт3,500
Грунт 10% воды1,750
Грунт 20% воды2,100
Грунт песчаный1,160
Грунт сухой0,400
Грунт утрамбованный1,050
Гудрон0,300
Древесина – доски0,150
Древесина – фанера0,150
Древесина твердых пород0,200
Древесно-стружечная плита ДСП0,200
Дюралюминий160,0
Железобетон1,700
Зола древесная0,150
Известняк1,700
Известь-песок раствор0,870
Ипорка (вспененная смола)0,038
Камень1,400
Картон строительный многослойный0,130
Каучук вспененный0,030
Каучук натуральный0,042
Каучук фторированный0,055
Керамзитобетон0,200
Кирпич кремнеземный0,150
Кирпич пустотелый0,440
Кирпич силикатный0,810
Кирпич сплошной0,670
Кирпич шлаковый0,580
Кремнезистые плиты0,070
Латунь110,0
Лед 0°С2,210
Лед -20°С2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)0,150
Медь380,0
Мипора0,085
Опилки – засыпка0,095
Опилки древесные сухие0,065
ПВХ0,190
Пенобетон0,300
Пенопласт ПС-10,037
Пенопласт ПС-40,040
Пенопласт ПХВ-10,050
Пенопласт резопен ФРП0,045
Пенополистирол ПС-Б0,040
Пенополистирол ПС-БС0,040
Пенополиуретановые листы0,035
Пенополиуретановые панели0,025
Пеностекло легкое0,060
Пеностекло тяжелое0,080
Пергамин0,170
Перлит0,050
Перлито-цементные плиты0,080
Песок 0% влажности0,330
Песок 10% влажности0,970
Песок 20% влажности1,330
Песчаник обожженный1,500
Плитка облицовочная1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-20,036
Полистирол0,082
Поролон0,040
Портландцемент раствор0,470
Пробковая плита0,043
Пробковые листы легкие0,035
Пробковые листы тяжелые0,050
Резина0,150
Рубероид0,170
Сланец2,100
Снег1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности)0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)0,230
Сталь52,0
Стекло1,150
Стекловата0,050
Стекловолокно0,036
Стеклотекстолит0,300
Стружки – набивка0,120
Тефлон0,250
Толь бумажный0,230
Цементные плиты1,920
Цемент-песок раствор1,200
Чугун56,0
Шлак гранулированный0,150
Шлак котельный0,290
Шлакобетон0,600
Штукатурка сухая0,210
Штукатурка цементная0,900
Эбонит0,160

Технологии укладки

Воздушные зазоры делаются в кирпичной кладке для уменьшения накопления влаги в стенах и снижения коэффициента теплоотдачи.

Прослойку воздуха в стенах правильно обеспечивают следующим образом:

  1. Раствором не заполняют воздушные зазоры толщиной до 10 мм между изделиями начиная с 1 ряда. 1 метр — распространенный шаг между зазорами.
  2. По типу фасада с вентиляцией зазор воздуха толщиной 25-30 мм оставляют по всей высоте кладки между теплоизолятором и кирпичом. При работе зимой отопительной системы температура в доме будет оставаться постоянной. Свойства стены сохранять тепло обеспечат постоянные воздушные потоки, которые будут проходить по предусмотренным воздушным каналам.

Постоянная циркуляция по каналам воздуха внутри кладки возможна, если она на последнем ряду не закрывается перекрытием из любых стройматериалов или стяжкой из раствора.

Для частного строительства важно, чтобы, не понеся больших расходов, добиться от кирпичной стены существенного снижения коэффициента λ.

Как рассчитать необходимую теплопроводимость?

Стены из газоблоков должны иметь достаточную ширину, чтобы в помещении сохранялось тепло. Если сделать их слишком тонкими, то здание будет выхолаживаться. Чтобы не столкнуться с такой проблемой, необходимо правильно выполнить расчеты. Не допустить ошибку помогают правила СНИП, которые имеются для каждого региона страны. Влажностный режим бывает 3 типов:

  • Влажный – 1.
  • Нормальный – 2.
  • Сухой – 3.

Понять, в каком регионе проживает человек, поможет специальная карта:

Чем выше уровень влажности воздуха в регионе проживания, тем толще и плотнее должны быть стены, так как сырость способствует быстрым теплопотерям.

Без учета коэффициента теплопроводности газобетонного блока невозможно правильно определить толщину стены строящегося здания. Чтобы точно высчитать толщину стен, прибегают к специальной формуле. Она выглядит следующим образом:

T=Rreg x λ, где:

  • T – это толщина стены.
  • Rreg – необходимое сопротивление по теплопередаче для разных городов РФ.
  • λ — это коэффициент теплопроводности для газоблока (зависит от его плотности).

Пользоваться этой формулой очень просто. Практический пример:

Rreg для Москвы – 3,28. λ для газоблока марки D500, 5% влажности – 0,14. Итого: Т= 3,28 x 0,147 = 0,48.

Значит, толщина стены в Москве с учетом теплопроводности выбранного газоблока должна составлять не менее 48 см.

Для примера приведена минимальная толщина стен из газоблоков марки D500 для разных городов России:

  • Москва – 35 см.
  • Новосибирск – 45 см.
  • Якутск – 65 см.

Чем выше показатели влажности в регионе и чем там холоднее, тем толще должны быть стены. В противном случае добиться качественной теплоизоляции не удастся.

Неопытные строители часто возводят слишком тонкие стены, руководствуясь рекомендациями производителей газоблоков, которые не учитывают множество факторов в виде мостиков холода, климатических особенностей региона и пр.

Специалисты в этом вопросе приходят к единому мнению: стена из газобетона не должна быть тоньше 350 мм.

Показатели влажности ячеистого бетона

Европейский и Международный комитеты по бетону, проходящие в 1977 году в Лондоне, в связи с существенными различиями в применении в строительстве и физико-техническими свойствами между бетонами на легких заполнителях и ячеистыми бетонами, создали рабочую группу по ячеистому бетону, которая выявила, что эксплуатационная влажность – его важнейший показатель. Значение влажности ячеистого бетона составляет 4-5% от его массы и устанавливается примерно через 2-3 года. Пределы значения отпускной влажности — 25 – 35%.

Способность внутренней влаги передавать тепло обуславливает основную теплопередачу. Ячеистый бетон имеет свойство линейно повышать теплопроводность, по мере увеличения такого показателя как сорбционное влагопотребление до 15%. Дальнейший рост этого показателя влияет уже несущественно.

Есть ряд особенностей эксплуатации ячеистого бетона для того, чтобы получать заявленную теплопроводность. Так, например, обязательно использовать грунтовку для предохранения стен от увлажнения. На наружных стенах грунтовка должна быт паропроницаемая.

Проектирование стен осуществляется в зависимости от климатической зоны и режима влажности помещений. Эти показатели определяются СНиПом II-3-79**. Норма для условий эксплуатации согласно СНиПу II-3-79**:

описание различных пород, необходимость таблицы коэффициентов теплопроводности

Древесина — экологически чистый и практичный материал. Дерево активно применяется для внутренней отделки помещений. Материал также используется в строительстве загородных домов и заведений для туристов, в которых большую роль играет экологичность здания. При строительстве важно учесть теплопроводность дерева и многие другие параметры. Внутренняя отделка тоже требует внимания к характеристикам, ведь породы по-разному реагируют на тепло и влагу.

Разновидности и использование древесины

В строительстве применяются разнообразные породы древесины, которые принято разделять на хвойные и лиственные. К хвойным относятся такие виды:

  1. Сосна. Прочный и практичный материал для выполнения строительных работ. В нем собрано большое количество смолы, за счет чего он справляется с излишней влагой, при этом не поддается коррозии при сушке.
  2. Ель и пихта. Довольно прочные, но сучковатые материалы. Имеют приятый оттенок и незначительное количество смолы. При строительстве применяются как материал для элементов второстепенной важности.
  3. Кедр. Невзирая на то, что материал мягкий, он довольно прочный.

Лиственные породы делятся на мягкие и твердые. Это такие виды:

  1. Дуб. Высококачественный материал, обладающей высокой прочностью и надежностью. У дуба натуральный и приятный для глаза цвет. Как правило, он применяется для изготовления мебели, при возведении лестничного марша. Наиболее роскошно выглядит настоящий мореный дуб (выдержанный в воде около двух лет).
  2. Береза. Не столь прочный материал, зато однородный, за счет чего имеет максимально четко выраженную структуру. Из этого вида древесины получается качественная фанера, которая легко окрашивается и полируется.
  3. Осина. Слишком мягкий, но при этом практически не имеющий сучков вид древесины. Легко поддается обработке, но мелкие детали из осины делать не стоит.
  4. Липа. Широко применяется в производстве мебели. Прекрасно сохраняет свой первозданный вид даже после сушки. Липа устойчива к влаге.
  5. Клен. Довольно практичный материал, но весьма быстро рушится под воздействием влаги и вредителей. Неплохо красится, обрабатывается и проклеивается. Широко применяется как в строительстве, так и в изготовлении мебели.
  6. К лиственному типу также относится красное дерево. Красивый, дорогой и прочный материал. Чаще всего используется для элитного мебельного производства.

Чтобы выбрать подходящую породу, важно изучить таблицу теплопроводности древесины.

Достоинства материала

Строительство с использованием древесины имеет свои преимущества и недостатки. Главными плюсами при выборе такого материала будут:

  1. Экологичность. Самый весомый аргумент в пользу древесины — экологическая чистота. Некоторые современные материалы могут выделять пары тяжелых металлов и прочих химических элементов, что пагубно повлияет на здоровье жильцов дома.
  2. Ремонтопригодность. Части, сделанные из древесины, будет довольно легко отремонтировать в случае поломки или износа.
  3. Прочность и устойчивость ко многим внешним факторам, что делает долгим срок службы изделий из древесины. При правильной обработке этот материал будет безотказно служить долгие годы.
  4. Простота обработки.
  5. Плохая теплопроводность.
  6. Хорошие звукоизоляционные свойства.

Довольно обширный список. При этом маленькое число недостатков:

  1. Сильная зависимость свойств материала от того, в каких условиях росло дерево. Выбрать из-за этого качественный экземпляр бывает трудно.
  2. Изменения размеров из-за воздействия влажности и сухости. Но этот недостаток легко поправим обработкой.
  3. Легкая воспламеняемость.

Нельзя не учитывать высокую стоимость, связанную со сложностью добычи высококачественной древесины.

Влияние теплопроводности

От коэффициента теплопроводности древесины напрямую зависит ее способность сохранять температуру в помещении. Лидирующую позицию по сбережению тепла занимает кедр. Немного отстают ель, лиственница и другие сосновые породы. Все зависит напрямую от размера бревна (его диаметра), влажности материала, подгонки и утепления стыков.

Строение из сосны толщиной всего в 10 см можно сравнить со стеной из кирпича шириной в 58 см или железобетонной — 113 см. Правильно возведенный из дерева дом будет довольно компактным и теплым. Поэтому при строительстве нужно учитывать таблицу теплопроводности дерева.

Максимально тяжелое хвойное дерево лиственница — победитель сосны по теплопроводности. Она имеет более низкий коэффициент.

Теплопроводность дерева, позволяющая сохранять тепло, — не единственное достоинство лиственницы. Структура этого материла устойчива к влаге и довольно красива.

Сосна — наиболее распространенное и часто применяемое для строительства дерево. Более того, с финансовой стороны вопроса это еще и максимально бюджетный вариант. Сосна легко поддается обработке, способна украсить дом или баню своим внешним видом.

Теплопроводность кирпичной стены

Теплопроводность – один из важнейших показателей, характеризующих качество возводимого сооружения. И это неудивительно: ведь от этого коэффициента зависят не только затраты на отопление помещений, но и степень комфортности проживания в доме. Также в строительных расчетах часто фигурирует коэффициент теплосопротивления (сопротивление теплоотдаче), обратный теплопроводности (чем выше первый, тем ниже второй, и наоборот).

Теплопроводность сооружения зависит от показателей используемого вида кирпича, от параметров раствора, типа кладки, применяемых строительных технологий и утепляющих материалов.

Коэффициент теплопроводности кирпичей

Данный коэффициент обозначается буквой λ и выражается в W/(m*K).

Показатель λ достаточно широко варьируется, в зависимости от типа кирпичей и способа их изготовления. В основном, на данный коэффициент влияют материал кирпича (клинкерный, силикатный, керамический) и относительное содержание пустот. До 13% пустотности кирпичи считаются полнотелыми, выше – пустотелыми. По уменьшению коэффициента λ линейка строительной продукции будет выглядеть следующим образом:

  1. Клинкерный кирпич λ= от 0,8 до 0,9. Этот тип стройматериалов не предназначен для строительства утеплённых стен и чаще используется для изготовления полов и мощёных дорог.
  2. Силикатный кирпич полнотелого типа λ= от 0,7 до 0,8. Чуть ниже, чем у предыдущего типа, но строительство стены с его использованием требует серьёзных мер по утеплению.
  3. Керамический кирпич полнотелый λ= от 0,5 до 0,8 (в зависимости от сорта).
  4. Силикатный, с техническими пустотами λ= 0,66.
  5. Керамический кирпич пустотелого исполнения λ= 0,57.
  6. Керамический кирпич щелевого типа λ= 0,4.
  7. Силикатный кирпич щелевого типа – показатель λ аналогичен керамическому щелевому (0,4).
  8. Керамический поризованный λ= 0,22.
  9. Тёплая керамика λ= 0,11. Имея отличные показатели теплосопротивления, тёплая керамика уступает прочим видам кирпичной продукции по прочности, и поэтому применение её ограничено.

Важно при расчёте также учитывать, что для различных климатических регионов сопротивление теплоотдаче материалов будут варьироваться, в достаточно широких пределах Информацию о соотнесении теплоотдачи с климатическими параметрами, можно почерпнуть в СНиПе 23-02-2003.

Теплопроводность кладки

Теплосопротивление кирпичей является важнейшим коэффициентом и в ряде случаев является определяющим параметром при проектировании здания и выбора кладки. Вместе с тем, сопротивление

теплоотдачи сооружения зависит не только от показателя λ используемых кирпичей, но и от применяемого строительного раствора.

Наиболее частым является случай, когда теплосопротивление раствора существенно ниже, чем сопротивление кирпича.

Так, коэффициент теплоотдачи раствора на основе цемента и песка равен 0,93 W/(m*K), а цементно-шлакового раствора – 0,64.

Путем суммирования коэффициентов сопротивления теплоотдаче кирпича и раствора разработаны специальные таблицы коэффициента теплопередачи, которые можно посмотреть в ГОСТе 530-2007. Ниже приведена выдержка из таблицы:

Таблица – Теплопроводность кладки

Тип кирпичаТип раствораТеплоотдача
ГлиняныйЦементно-песчаный0,81
Цементно-шлаковый0,76
Цементно-перлитовый0,7
СиликатныйЦементно-песчаный0,87
Керамический пустотный 1,4т/м3Цементно-песчаный0,64
Керамический пустотный 1,3т/м30,58
Керамический пустотный 1,0т/м30,52
Силикатный, 11-ти пустотныйЦементно-песчаный0,81
Силикатный, 14-ти пустотный0,76

Расчет стены

Для того, чтобы использовать коэффициент теплосопротивления кирпичной стенки на практике, необходимо воспользоваться следующей формулой:

r = (толщина кладки, м)/(теплоотдача, W/(m * K)),

где r – сопротивление теплоотдаче кирпичной стены. При расчетах также необходимо учитывать степень влажности помещения и климатический регион.

Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены

В ряде случаев коэффициент λ оставляет желать много лучшего. К тому же нарушение технологии строительства может привести к изменению теплоотдачи в большую сторону. Если применять жидкий раствор при возведении стены из щелевого кирпича, то связующий материал проникнет в пустоты и отрицательно скажется на показателях теплосбережения (сопротивление теплопередаче уменьшится).

Что делать, чтобы увеличить сопротивление теплоотдаче?

Методы уменьшения теплопередачи стены:

  1. Применение более энергосберегающих материалов (кирпичей с большей степенью пустотности).
  2. При строительстве из щелевого кирпича применять густой раствор.
  3. Прокладывание во внутреннем слое теплоизолирующих материалов. На рынке представлен огромный выбор теплоизоляции. Из наиболее популярных можно назвать стекло- и минераловатные материалы, пенополистирол, керамзит и другие. При применении утеплителей необходимо обеспечить пароизоляцию стены, чтобы избежать разрушения материалов.
  4. Оштукатуривание поверхности.

Выбираем кирпич: о «теплых» и «холодных» стройматериалах

Кирпич обладает долговечностью, механической прочностью, морозостойкостью, хорошими звукоизоляционными свойствами и безопасен с точки зрения экологии. Все эти качества делают кирпич одним из самых востребованных стройматериалов на рынке. Но, есть и ещё одно важное свойство кирпича — его теплотехнические параметры. Ведь именно теплопроводность кирпича, из которого выложены стены, влияет на микроклимат помещения в этом здании.

Немного физики или от чего зависит теплопроводность кирпича

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло через свой объём. Количественно выражается она коэффициентом теплопроводности (λ, «лямбда») и определяется в Вт/м². Проще говоря, чем меньше теряется энергии, тем лучше, а значит, чем меньше коэффициент λ, тем «теплее» материал. Фактически на теплопроводность влияет плотность кирпича. Чем она меньше, тем меньше теплопроводность. Самый прочный и тяжелый клинкерный кирпич имеет самый высокий коэффициент λ, а лёгкий и менее прочный керамический, соответственно, самый низкий коэффициент теплопроводности.

Виды кирпича и их коэффициент проводимости тепла

В строительстве могут быть использованы разные виды кирпича. Перед тем, как приступить к возведению дома, имеет смысл узнать, насколько «теплыми» или «холодными» являются наиболее востребованные виды этого керамического материала.

  • Клинкерный — самый прочный и тяжелый кирпич с высоким коэффициентом теплопроводности — 0,8-0,9.
  • Силикатный кирпич — легкий кирпич, имеет меньший коэффициент теплопроводности — 0,4.
  • С техническими пустотами — 0,66.
  • Полнотелый кирпич — 0,8.
  • Щелевой кирпич — 0,34-0,43;
  • Кирпич поризованный — 0,22;

Теплопроводность кирпича может меняться в зависимости от его объема, плотности и расположения пустот. Специалисты рекомендуют применять в строительстве для лучшего сохранения тепла материалы с низкой теплопроводностью. Для того чтобы уберечься от холода или спастись от жары, при строительстве вашего дома необходимо учитывать теплопроводность кирпича. Ведь мы строим наши дома для того, чтобы жить в нём с комфортом.

Понятие теплопроводности

Она является интенсивной физической величиной, то есть величиной, которая описывает свойство материи, не зависящей от количества последней. Интенсивными величинами также являются температура, давление, электропроводность, то есть эти характеристики одинаковы в любой точке одного и того же вещества. Другой группой физических величин являются экстенсивные, которые определяются количеством вещества, например, масса, объем, энергия и другие.

Противоположной величиной для теплопроводности является теплосопротивляемость, которая отражает способность материала препятствовать переносу проходящего через него тепла. Для изотропного материала, то есть материала, свойства которого одинаковы во всех пространственных направлениях, теплопроводность является скалярной величиной и определяется, как отношение потока тепла через единичную площадь за единицу времени к градиенту температуры. Так, теплопроводность, равная одному ватту на метр-Кельвин, означает, что тепловая энергия в один Джоуль переносится через материал:

  • за одну секунду;
  • через площадь один метр квадратный;
  • на расстояние один метр;
  • когда разница температур на поверхностях, находящихся на расстоянии один метр друг от друга в материале, равна один Кельвин.

Понятно, что чем больше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло, и наоборот. Например, значение этой величины для меди равно 380 Вт/(м*К), и этот металл в 10 000 раз лучше переносит тепло, чем полиуретан, теплопроводность которого составляет 0,035 Вт/(м*К).

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:

  • Пенобетон. Производится с добавлением пенообразующих веществ, за счет которых характеризуется пористой структурой с плотностью 500-1000 кг/м3. При этом способность передавать тепло определяется значением 0,1-0,37Вт/м*К.
  • Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают пустотелые блоки, которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то плотность керамзитобетона составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.
  • Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м3). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.

Что такое коэффициент теплопроводности

Физический смысл коэффициента теплопроводности — это количество тепла, которое проходит через образец единичного объема за одну секунду при разнице температур в один Кельвин (градус Цельсия). Единица измерения — Вт/(м °К), обозначение — λ, k, ϰ.

Чем выше значение коэффициента, тем большей способностью к передаче тепла обладает материал. В абсолютном вакууме λ=0, максимальный — у алмаза и графена, применяемого в наноразработках.

У бетона значение коэффициента теплопроводности находится в пределах 0,05 -2,02 Вт/(м °К) в зависимости от плотности и влажности материала. У ячеистого автоклавного бетона марки М150 λ=0,055 Вт/(м °К), а тяжелые бетоны М800-1000 характеризуются показателем 2,02 Вт/(м °К).

В строительстве при расчете конструкций на сопротивление теплопередаче используют таблицу с точными значениями коэффициента. Его указывают для трех состояний материала:

  • в сухом виде;
  • при нормальной влажности;
  • при повышенной влажности.

Теплотехнический расчет проводят в соответствии с условиями эксплуатации бетона.

От чего зависит величина коэффициента

Коэффициент теплопроводности бетона определяют опытным путем. Поскольку у материала неоднородная структура, то величина непостоянна и носит условный характер.

Параметры, от которых зависит показатель:

  • Плотность. Тепловую энергию передают друг другу частицы, поэтому чем ближе они расположены, тем быстрее этот процесс. Соответственно, рыхлые материалы с меньшей плотностью способны лучше противостоять теплопередаче.
  • Пористость материала. Тепловой поток перемещается сквозь толщу монолита, часть которого составляют воздушные пустоты. Теплопроводность воздуха очень мала — 0,02 Вт/(м °К). Чем больше занятый воздухом объем, тем коэффициент λ ниже.
  • Структура пор — размеры и замкнутость. Мелкие полости снижают скорость передачи энергии, в то время как в крупных сообщающихся отверстиях теплообмен совершается конвекционным путем, увеличивая тем самым общую теплопередачу.
  • Влажность. Коэффициент теплопроводности воды 0,6 Вт/м К, это достаточно большой показатель. Проникая в полости бетона, влага уменьшает способность материала сохранять тепло.
  • Температура. Чем она у вещества выше, тем быстрее движутся молекулы. Зависимость от температуры линейная, выражается формулой λ=λо х (1+b х t), где λ и λо — искомый и начальный коэффициенты теплопроводности, b — справочная величина, t — температура в градусах.

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов

Теплопроводность материала зависит от его плотности, влажности и добавок. Таким образом, у строительных материалов разных производителей будут отличаться физические свойства. Поэтому для точности следует брать значения коэффициентов теплопроводности материала из документации производителя.

Для того, чтобы произвести расчет теплопотерь частного дома, чтобы определить необходимую мощность отопления, достаточно взять данные, которые приведены в таблице ниже. В ней приведены коэффициенты теплопроводности λ (Вт/(м*К)), взятые для средней зоны влажности по СНиП 2-3-79.


ВсеБетоныРастворыГипсокартон и гипсовые плитыКирпичная кладка и облицовкаДерево и материалы на его основеУтеплителиЗасыпкиДругое Фильтр по группе материалов

 

 

Таблица коэффициентов теплопроводности строительных материалов
МатериалПлотность, кг/куб.мТеплопроводность, Вт/(м*K)
Железобетон25002.04
Бетон на гравии или щебне24001,86
Туфобетон18000.99
*16000.81
*14000.58
*12000.47
Пемзобетон16000.68
*14000.54
*12000.43
*10000.34
*8000.26
Бетон на вулканическом шлаке16000.70
*14000.58
*12000.47
*10000.35
*8000.29
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон18000.92
*16000.79
*14000.65
*12000.52
*10000.41
*8000.31
*6000.26
*5000.23
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией12000.58
*10000.47
*8000.35
Керамзитобетон на перлитовом песке10000.41
*8000.35
Шунгизитобетон14000.64
*12000.50
*10000.38
Перлитобетон12000.50
*10000.38
*8000.33
*6000.23
Шлакопемзобетон (термозитобетон)18000.76
*16000.63
*14000.52
*12000.44
*10000.37
Шлакопемзопенобетон и шлакопемзогазобетон16000.70
*14000.58
*12000.47
*10000.41
*8000.35
Бетон на доменных гранулированных шлаках18000.81
*16000.64
*14000.58
*12000.52
Аглопоритобетон и бетоны на топливных (котельных) шлаках18000.93
*16000.78
*14000.65
*12000.54
*10000.44
Бетон на зольном гравии14000.58
*12000.47
*10000.35
Вермикулитобетон8000.26
*6000.17
*4000.13
*3000.11
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат10000.47
*8000.37
*6000.26
*4000.15
*3000.13
Газозолобенон и пенозолобетон12000.58
*10000.50
*8000.41
Цементно-песчаный раствор18000.93
Сложный (песок, известь, цемент) раствор17000.87
Известково-песчаный раствор16000.81
Цементно-шлаковый раствор14000.64
*12000.58
Цементно-перлитовый раствор10000.30
*8000.26
Гипсо-перлитовый раствор6000.23
Поризованный гипсо-перлитовый раствор5000.19
*4000.15
Плиты из гипса12000.47
*10000.35
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)8000.21
Кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе18000.81
Кладка из глиняного кирпича на цементно-шлаковом растворе17000.76
Кладка из глиняного кирпича на цементно-перлитовом растворе16000.70
Кладка из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе18000.87
Кладка из трепельного кирпича на цементно-песчаном растворе12000.52
*10000.47
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе15000.70
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе16000.64
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1300 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе14000.58
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1000 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе12000.52
Кладка из силикатного одиннадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе15000.81
Кладка из силикатного четырнадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе14000.76
Облицовка гранитом, гнейсом, базальтом28003.49
Облицовка мрамором28002.91
Облицовка известняком20001.28
*18001.05
*16000.81
*14000.58
Облицовка туфом20001.05
*18000.81
*16000.64
*14000.52
*12000.41
*10000.29
Сосна, ель поперек волокон5000.18
Сосна, ель вдоль волокон5000.35
Дуб поперек волокон7000.23
Дуб вдоль волокон7000.41
Фанера клееная5000.18
Картон облицовочный10000.23
Картон строительный многослойный6500.18
ДВП и ДСП10000.29
*8000.23
*6000.16
*4000.13
*2000.08
Плиты фибролитовые и арболитовые на портландцементе8000.30
*6000.23
*4000.16
*3000.14
Плиты камышитовые3000.14
*2000.09
Плиты торфяные теплоизоляционные3000.08
*2000.064
Пакля1500.07
Маты минераловатные прошивные и на синтетическом связующем1250.07
*750.064
*500.06
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих3500.11
*3000.09
*2000.08
*1000.07
*500.06
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем2000.076
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем2000.08
*1250.064
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем500.064
Маты из стекловолокна прошивные1500.07
Пенополистирол1500.06
*1000.052
*400.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-11250.064
*100 и меньше0.052
Пенополиуретан800.05
*600.041
*400.04
Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта1000.076
*750.07
*500.064
*400.06
Перлитопластбетон2000.06
*1000.05
Перлитофосфогелевые изделия3000.12
*2000.09
Засыпка гравия керамзитового8000.23
*6000.20
*4000.14
*3000.13
*2000.12
Засыпка гравия шунгизитового8000.23
*6000.20
*4000.14
Засыпка щебня из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглопорита8000.26
*6000.21
*4000.16
Засыпка щебня и песка из перлита вспученного6000.12
*4000.09
*2000.08
Засыпка вермикулита вспученного2000.11
*1000.08
Засыпка песка16000.58
Пеностекло или газостекло4000.14
*3000.12
*2000.09
Листы асбестоцементные плоские18000.52
*16000.41
Битумы нефтяные14000.27
*12000.22
*10000.17
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем4000.13
*3000.099
Рубероид6000.17
Линолеум поливинилхлоридный многослойный18000.38
*16000.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове18000.35
*16000.29
*14000.23
Сталь стержневая арматурная785058
Чугун720050
Алюминий2600221
Медь8500407
Стекло оконное25000.76

 

 

что это такое + таблица значений

Строительное дело предусматривает использование любых подходящих материалов. Главные критерии – безопасность для жизни и здоровья, тепловая проводимость, надёжность. Далее следуют, цена, свойства эстетичности, универсальность применения и т.д.

Рассмотрим одну из важнейших характеристик стройматериалов — коэффициент теплопроводности, так как именно от этого свойства во многом зависит, к примеру, уровень комфорта в доме.

Содержание статьи:

Что такое КТП строительного материала?

Теоретически, да и практически тоже, строительными материалами, как правило, создаются две поверхности – наружная и внутренняя. С точки зрения физики, теплая область всегда стремится к холодной области.

Применительно к стройматериалу, тепло будет стремиться от одной поверхности (более теплой) к другой поверхности (менее теплой). Вот, собственно, способность материала относительно такого перехода и называется – коэффициентом теплопроводности или в аббревиатуре — КТП.

Схема, поясняющая эффект теплопроводности: 1 – тепловая энергия; 2 – коэффициент теплопроводности; 3 – температура первой поверхности; 4 – температура второй поверхности; 5 – толщина стройматериала

Характеристика КТП обычно строится на основе испытаний, когда берётся экспериментальный экземпляр размерами 100х100 см и к нему применяется тепловое воздействие с учётом разницы температур двух поверхностей в 1 градус. Время воздействия 1 час.

Соответственно, измеряется теплопроводность в Ваттах на метр на градус (Вт/м°C). Коэффициент обозначается греческим символом λ.

По умолчанию, теплопроводность различных материалов для строительства со значением меньше 0,175 Вт/м°C, приравнивает эти материалы к разряду изоляционных.

Современным производством освоены технологии изготовления стройматериалов, уровень КТП которых составляет меньше 0,05 Вт/м°C. Благодаря таким изделиям, удается достичь выраженного экономического эффекта в плане потребления энергетических ресурсов.

Влияние факторов на уровень теплопроводности

Каждый отдельно взятый стройматериал имеет определенное строение и обладает своеобразным физическим состоянием.

Основой этого являются:

  • размерность кристаллов структуры;
  • фазовое состояние вещества;
  • степень кристаллизации;
  • анизотропия теплопроводности кристаллов;
  • объем пористости и структуры;
  • направление теплового потока.

Все это – факторы влияния. Определенное влияние на уровень КТП также оказывает химический состав и примеси. Количество примесей, как показала практика, оказывает особенно выразительное влияние на уровень теплопроводности кристаллических компонентов.

Изоляционные стройматериалы – класс продуктов под строительство, созданных с учётом свойств КТП, приближенных к оптимальным свойствам. Однако достичь идеальной теплопроводности при сохранении других качеств, крайне сложно

В свою очередь влияние на КТП оказывают условия эксплуатации стройматериала — температура, давление, уровень влажности и др.

Стройматериалы с минимальным КТП

Согласно исследованиям, минимальным значением теплопроводности (около 0,023 Вт/м°C) обладает сухой воздух.

С точки зрения применения сухого воздуха в структуре строительного материала, необходима конструкция, где сухой воздух пребывает внутри замкнутых многочисленных пространств небольшого объёма. Конструктивно такая конфигурация представлена в образе многочисленных пор внутри структуры.

Отсюда логичный вывод: малым уровнем КТП должен обладать стройматериал, внутренняя структура которого представляет собой пористое образование.

Причём, в зависимости от максимально допустимой пористости материала, значение теплопроводности приближается к значению КТП сухого воздуха.

Созданию строительного материала с минимальной теплопроводностью способствует пористая структура. Чем больше содержится пор разного объема в структуре материала, тем лучший КТП допустимо получить

В современном производстве применяются несколько технологий для получения пористости строительного материала.

В частности, используются технологии:

  • пенообразования;
  • газообразования;
  • водозатворения;
  • вспучивания;
  • внедрения добавок;
  • создания волоконных каркасов.

Следует отметить: коэффициент теплопроводности напрямую связан с такими свойствами, как плотность, теплоемкость, температурная проводимость.

Значение теплопроводности может быть рассчитано по формуле:

λ = Q / S *(T1-T2)*t,

Где:

  • Q – количество тепла;
  • S – толщина материала;
  • T1, T2 – температура с двух сторон материала;
  • t — время.

Средняя величина плотности и теплопроводности обратно пропорциональна величине пористости. Поэтому, исходя из плотности структуры стройматериала, зависимость от нее теплопроводности можно рассчитать так:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d2 – 0,16,

Где: d – значение плотности. Это формула В.П. Некрасова, демонстрирующая влияние плотности конкретного материала на значение его КТП.

Влияние влаги на теплопроводность стройматериала

Опять же судя по примерам использования стройматериалов на практике, выясняется негативное влияние влаги на КТП стройматериала. Замечено – чем большему увлажнению подвергается стройматериал, тем более высоким становится значение КТП.

Различными способами стремятся защитить от воздействия влаги материал, используемый в строительстве. Эта мера вполне оправдана, учитывая повышение коэффициента для мокрого стройматериала

Обосновать такой момент несложно. Воздействие влаги на структуру строительного материала сопровождается увлажнением воздуха в порах и частичным замещением воздушной среды.

Учитывая, что параметр коэффициента теплопроводности для воды составляет 0,58 Вт/м°C, становится понятным существенное повышение КТП материала.

Следует также отметить более негативный эффект, когда вода, попадающая в пористую структуру, дополнительно замораживается – превращается в лёд.

Соответственно, несложно просчитать ещё большее увеличение теплопроводности, принимая во внимание параметры КТП льда, равного значению 2,3 Вт/м°C. Прирост примерно в четыре раза к параметру теплопроводности воды.

Одной из причин отказа от зимнего строительства в пользу стройки летом следует считать именно фактор возможного подмораживания некоторых видов стройматериалов и как следствие – повышения теплопроводности

Отсюда становятся очевидными строительные требования относительно защиты изоляционных стройматериалов от попадания влаги. Ведь уровень теплопроводности растёт в прямой пропорциональности от количественной влажности.

Не менее значимым видится и другой момент – обратный, когда структура строительного материала подвергается существенному нагреву. Чрезмерно высокая температура также провоцирует рост теплопроводности.

Происходит такое по причине повышения кинематической энергии молекул, составляющих структурную основу стройматериала.

Правда, существует класс материалов, структура которых, напротив, приобретает лучшие свойства теплопроводности в режиме сильного нагрева. Одним из таких материалов является металл.

Если под сильным нагревом большая часть широко распространенных стройматериалов изменяет теплопроводность в сторону увеличения, сильный нагрев металла приводит к обратному эффекту — КТП металла понижается

Методы определения коэффициента

Используются разные методики в этом направлении, но по факту все технологии измерения объединены двумя группами методов:

  1. Режим стационарных измерений.
  2. Режим нестационарных измерений.

Стационарная методика подразумевает работу с параметрами, неизменными с течением времени или изменяющимися в незначительной степени. Эта технология, судя по практическим применениям, позволяет рассчитывать на более точные результаты КТП.

Действия, направленные на измерения теплопроводности, стационарный способ допускает проводить в широком температурном диапазоне — 20 – 700 °C. Но вместе с тем, стационарная технология считается трудоёмкой и сложной методикой, требующей большого количества времени на исполнение.

Пример аппарата, предназначенного под выполнение измерений коэффициента теплопроводности. Это одна из современных цифровых конструкций, обеспечивающая получение быстрого и точного результата

Другая технология измерений – нестационарная, видится более упрощенной, требующей для исполнения работ от 10 до 30 минут. Однако в этом случае существенно ограничен диапазон температур. Тем не менее, методика нашла широкое применение в условиях производственного сектора.

Таблица теплопроводности стройматериалов

Подвергать измерениям многие существующие и широко используемые стройматериалы не имеет смысла.

Все эти продукты, как правило, испытаны неоднократно, на основании чего составлена таблица теплопроводности строительных материалов, куда входят практически все нужные на стройке материалы.

Один из вариантов такой таблицы представлен ниже, где КТП — коэффициент теплопроводности:

Материал (стройматериал)Плотность, м3КТП сухая, Вт/мºC% влажн._1% влажн._2КТП при влажн._1, Вт/мºCКТП при влажн._2, Вт/мºC
Битум кровельный14000,27000,270,27
Битум кровельный10000,17000,170,17
Шифер кровельный18000,35230,470,52
Шифер кровельный16000,23230,350,41
Битум кровельный12000,22000,220,22
Лист асбоцементный18000,35230,470,52
Лист асбестоцементный16000,23230,350,41
Асфальтобетон21001,05001,051,05
Толь строительная6000,17000,170,17
Бетон (на гравийной подушке)16000,46460,460,55
Бетон (на шлаковой подушке)18000,46460,560,67
Бетон (на щебенке)24001,51231,741,86
Бетон (на песчаной подушке)10000,289130,350,41
Бетон (пористая структура)10000,2910150,410,47
Бетон (сплошная структура)25001,89231,922,04
Пемзобетон16000,52460,620,68
Битум строительный14000,27000,270,27
Битум строительный12000,22000,220,22
Минеральная вата облегченная500,048250,0520,06
Минеральная вата тяжелая1250,056250,0640,07
Минеральная вата750,052250,060,064
Лист вермикулитовый2000,065130,080,095
Лист вермикулитовый1500,060130,0740,098
Газо-пено-золо бетон8000,1715220,350,41
Газо-пено-золо бетон10000,2315220,440,50
Газо-пено-золо бетон12000,2915220,520,58
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)3000,088120,110,13
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)4000,118120,140,15
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)6000,148120,220,26
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)8000,2110150,330,37
Газо-пено-бетон (пенно-силикат)10000,2910150,410,47
Строительный гипс плита12000,35460,410,46
Гравий керамзитовый6002,14230,210,23
Гравий керамзитовый8000,18230,210,23
Гранит (базальт)28003,49003,493,49
Гравий керамзитовый4000,12230,130,14
Гравий керамзитовый3000,108230,120,13
Гравий керамзитовый2000,099230,110,12
Гравий шунгизитовый8000,16240,200,23
Гравий шунгизитовый6000,13240,160,20
Гравий шунгизитовый4000,11240,130,14
Дерево сосна поперечные волокна5000,0915200,140,18
Фанера клееная6000,1210130,150,18
Дерево сосна вдоль волокон5000,1815200,290,35
Дерево дуба поперек волокон7000,2310150,180,23
Металл дюралюминий260022100221221
Железобетон25001,69231,922,04
Туфобетон16000,527100,70,81
Известняк20000,93231,161,28
Раствор извести с песком17000,52240,700,87
Песок под строительные работы16000,035120,470,58
Туфобетон18000,647100,870,99
Облицовочный картон10000,185100,210,23
Многослойный строительный картон6500,136120,150,18
Вспененный каучук60-950,0345150,040,054
Керамзитобетон14000,475100,560,65
Керамзитобетон16000,585100,670,78
Керамзитобетон18000,865100,800,92
Кирпич (пустотный)14000,41120,520,58
Кирпич (керамический)16000,47120,580,64
Пакля строительная1500,057120,060,07
Кирпич (силикатный)15000,64240,70,81
Кирпич (сплошной)18000,88120,70,81
Кирпич (шлаковый)17000,521,530,640,76
Кирпич (глиняный)16000,47240,580,7
Кирпич (трепельный)12000,35240,470,52
Металл медь850040700407407
Сухая штукатурка (лист)10500,15460,340,36
Плиты минеральной ваты3500,091250,090,11
Плиты минеральной ваты3000,070250,0870,09
Плиты минеральной ваты2000,070250,0760,08
Плиты минеральной ваты1000,056250,060,07
Линолеум ПВХ18000,38000,380,38
Пенобетон10000,298120,380,43
Пенобетон8000,218120,330,37
Пенобетон6000,148120,220,26
Пенобетон4000,116120,140,15
Пенобетон на известняке10000,3112180,480,55
Пенобетон на цементе12000,3715220,600,66
Пенополистирол (ПСБ-С25)15 — 250,029 – 0,0332100,035 – 0,0520,040 – 0,059
Пенополистирол (ПСБ-С35)25 — 350,036 – 0,0412200,0340,039
Лист пенополиуретановый800,041250,050,05
Панель пенополиуретановая600,035250,410,41
Облегченное пеностекло2000,07120,080,09
Утяжеленное пеностекло4000,11120,120,14
Пергамин6000,17000,170,17
Перлит4000,111120,120,13
Плита перлитоцементная2000,041230,0520,06
Мрамор28002,91002,912,91
Туф20000,76350,931,05
Бетон на зольном гравии14000,47580,520,58
Плита ДВП (ДСП)2000,0610120,070,08
Плита ДВП (ДСП)4000,0810120,110,13
Плита ДВП (ДСП)6000,1110120,130,16
Плита ДВП (ДСП)8000,1310120,190,23
Плита ДВП (ДСП)10000,1510120,230,29
Полистиролбетон на портландцементе6000,14480,170,20
Вермикулитобетон8000,218130,230,26
Вермикулитобетон6000,148130,160,17
Вермикулитобетон4000,098130,110,13
Вермикулитобетон3000,088130,090,11
Рубероид6000,17000,170,17
Плита фибролит8000,1610150,240,30
Металл сталь785058005858
Стекло25000,76000,760,76
Стекловата500,048250,0520,06
Стекловолокно500,056250,060,064
Плита фибролит6000,1210150,180,23
Плита фибролит4000,0810150,130,16
Плита фибролит3000,0710150,090,14
Клееная фанера6000,1210130,150,18
Плита камышитовая3000,0710150,090,14
Раствор цементо-песчаный18000,58240,760,93
Металл чугун720050005050
Раствор цементно-шлаковый14000,41240,520,64
Раствор сложного песка17000,52240,700,87
Сухая штукатурка8000,15460,190,21
Плита камышитовая2000,0610150,070,09
Цементная штукатурка10500,15460,340,36
Плита торфяная3000,06415200,070,08
Плита торфяная2000,05215200,060,064

Рекомендуем также прочесть и другие наши статьи, где мы рассказываем о том как правильно выбирать утеплитель:

Выводы и полезное видео по теме

Видеоролик тематически направленный, где достаточно подробно разъясняется – что такое КТП и «с чем его едят». Ознакомившись с материалом, представленным в ролике, появляются высокие шансы стать профессиональным строителем.

Очевидный момент – потенциальному строителю обязательно необходимо знать о теплопроводности и ее зависимости от различных факторов. Эти знания помогут строить не просто качественно, но с высокой степенью надежности и долговечности объекта. Использование коэффициента по существу – это реальная экономия денег, допустим, на оплате за те же коммунальные услуги.

Если у вас появились вопросы или есть ценная информация  по теме статьи, пожалуйста, оставляйте свои комментарии в расположенном ниже блоке.

Теплопроводность строительных материалов — основные понятия, табличные значения, расчеты

Ведущие тенденции современного строительства – это возведение домов с максимальной энергоэффективностью. То есть с возможностью создания и поддержания комфортных условий проживания при минимальных затратах энергоносителей. Понятно, что многим нашим строителям, ведущим возведение своих жилых владений самостоятельно, до таких показателей пока далековато, но стремиться к этому – необходимо всегда.

Теплопроводность строительных материалов

Прежде всего, это касается минимизации тепловых потерь через строительные конструкции. Достигается такое снижение эффективной термоизоляцией, выполненной на основании теплотехнических расчетов. Проектирование в идеале должны проводить специалисты, но часто обстоятельства понуждают владельцев жилья и такие вопросы брать в свои руки. Значит, необходимо иметь общие представления о базовых понятиях строительной теплотехники. Прежде всего – что такое теплопроводность строительных материалов, в чем она измеряется, как просчитывается.

Если разобраться с этими «азами», то будет проще всерьез, со знанием дела , а не по наитию, заниматься вопросами утепления своего жилья.

Что такое теплопроводность, какими единицами измерения она описывается?

Если не рассматривать каких-то теоретических условий, то в реальности все физические тела, жидкости или газы обладают способностью к передаче тепла. Иными словами, чтобы было понятнее, если какой-то объект начинают нагревать с одной из сторон, он становится проводником тепла, нагреваясь сам и передавая тепловую энергию дальше. Точно так же – и при охлаждении, только с «обратным знаком».

Даже на простом бытовом уровне всем понятно, что эта способность выражена у разных материалов в очень отличающейся степени. Например, одно дело мешать готовящееся на плите кипящее блюдо деревянной лопаткой, и совсем другое – металлической ложкой, которая практически моментально разогреется до такой температуры, что ее невозможно будет держать в руках. Этот пример наглядно показывает, что теплопроводность металла во много раз выше, чем у дерева.

«Практическое применение» огромной разницы в теплопроводности материалов – пробка, подсунутая под скобу металлической крышки кастрюли. Снять такую крышку с кипящей на плите посуды можно голыми пальцами, не опасаясь ожога.

И таких примеров – масса, буквально на каждом шагу. Например, прикоснитесь рукой к обычной деревянной двери в комнате, и к металлической ручке, прикрученной на ней. По ощущениям – ручка холоднее. Но такого не может быть – все предметы в помещении имеют примерно равную температуру. Просто металл ручки быстрее отвел на себя тепло тела, что и вызвало ощущения более холодной поверхности.

Коэффициент теплопроводности материала

Существует специальная единица, которая характеризует любой материал, как проводник тепла. Называется она коэффициентом теплопроводности, обозначается обычно греческой буквой λ, и измеряется в Вт/(м×℃). (Во многих встречающихся формулах вместо градусов Цельсия ℃ указаны градусы Кельвина, К, но сути это не меняет).

Этот коэффициент показывает способность материала передавать определенное количество тепла на определённое расстояние за единицу времени. Причем, это показатель характеризует именно материал, то есть без привязки к каким бы то ни было размерам.

Такие коэффициенты рассчитаны для практически любых строительных и иных материалов. Ниже в данной публикации приведены таблицы для различных групп – растворов, бетонов, кирпичной и каменной кладки, утеплителей, древесины, металлов и т.д. Даже беглого взгляда на них достаточно, чтобы убедиться, насколько эти коэффициенты могут отличаться.

Очень часто производители стройматериалов того или иного предназначения в череде паспортных характеристик указывают и коэффициент теплопроводности.

Материалы, которые отличаются высокой проводимостью тепла, например, металлы, как раз и находят часто применение в роли теплоотводов или теплообменников. Классический пример – радиаторы отопления, в которых чем лучше их стенки будут передавать нагрев от теплоносителя, тем эффективнее их работа.

А вот для большинства строительных материалов – ситуация обратная. То есть чем меньше коэффициент теплопроводности материала, из которого возведена условная стенка, тем меньше тепла будет терять здание с приходом холодов. Или, тем меньше можно будет сделать толщину стены при одинаковых показателях теплопроводности.

И на титульной картинке к статье, и на иллюстрации ниже показаны весьма наглядные схемы, как будет различаться толщина стены из разных материалов при равных способностях удержать тепло в доме. Комментарии, наверное, не нужны.

Одинаковая термоизоляционная способность – и совершенно разные толщины. Хороший пример по разнице в теплопроводности.

В справочной литературе часто указывается не одно значение коэффициента теплопроводности для какого-то материала, а целых три. (А иногда – и больше, так как этот коэффициент может меняться с изменением температуры). И это – правильно, так как на теплопроводные качества влияют и условия эксплуатации. И в первую очередь – влажность.

Это свойственно большинству материалов – при насыщении  влагой коэффициент теплопроводности увеличивается. И если ставится цель выполнить расчеты максимально точно, с привязкой к реальным условиям эксплуатации, то рекомендуется не пренебрегать этой разницей.

Итак, коэффициент может даваться расчетный, то есть для совершенно сухого материала и лабораторных условий. Но для реальных расчетов берут его или для режима эксплуатации А, или для режима Б.

Эти режимы складываются консолидировано из климатических особенностей региона и из особенностей эксплуатации конкретного здания (помещения).

Тип своей климатической зоны по уровню влажности можно определить по предлагаемой карте-схеме:

Климатические зоны территории России по уровню влажности: 1 –влажная; 2 – нормальная; 3 – сухая.

Особенности влажностного режима помещений определяются по следующей таблице:

Таблица определения влажностного режима помещений

Влажностной режим помещенияОтносительная влажность внутреннего воздуха при температуре:
до 12°Сот 13 до 24°С 25°С и выше
Сухойдо 60%до 50%до 40%
Нормальныйот 61 до 75%от 51 до 60%от 41 до 50%
Влажный 76% и более от 61 до 75%от 51 до 60%
Мокрый76% и более61% и более

Кстати, о влажности!..

А хорошо ли вы представляете себе, что такое относительная влажность воздуха. И какой она должна быть в помещениях для поддержания комфортного микроклимата? Если с этим ясности нет – добро пожаловать к специальной публикации нашего портала, посвященной приборам измерения относительной влажности.

Итак, имея данные карты-схемы и таблицы, можно по второй таблице определиться с выбором режима А или Б, от которого будет зависеть реальная величина коэффициента теплопроводности.

Таблица для выбора режима эксплуатации ограждающих конструкций

Влажностной режим помещения (по таблице)Зоны влажности (в соотвествии с картой-схемой)
3 — сухая2 — нормальная1 — влажная
СухойААБ
НормальныйАББ
Влажный или мокрыйБББ

Вот по этому режиму и выбирается из табличных данных наиболее близкий к реальности коэффициент теплопроводности.

Таблицы будут приведены ниже, под теоретической частью.

Сопротивление теплопередаче

Итак, коэффициент теплопроводности характеризует сам материал. Но с практической точки зрения, наверное, важнее иметь какую-то величину, которая будет описывать теплопроводные способности конкретной конструкции. То есть уже с учетом особенностей ее строения и размеров.

Такая единица измерения есть, и называется она сопротивлением теплопередаче. Ее можно считать обратной величиной коэффициенту теплопроводности, с одновременным учетом толщины материала.

Обозначается сопротивление теплопередаче (или, как его часто именуют, термическое сопротивление) латинской буквой R. Если «плясать» от коэффициента теплопроводности, то определяется оно по следующей формуле.

R = h/λ

где:

R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²×℃/Вт;

h — толщина этого слоя, выраженная в метрах;

λ — коэффициент теплопроводности материала, из которого изготовлена эта ограждающая конструкция, Вт/(м×℃).

Очень часто в строительстве используются многослойные конструкции. В том числе одним из слоев нередко выступает утеплительный материал с очень низким коэффициентом теплопроводности – специально, чтобы максимально повысить значение термического сопротивления. Дело в том, что общее значение суммируется из сопротивлений всех слоев, составляющих ограждающую конструкцию. И к ним добавляется сопротивление приграничных слоев воздуха на внешней и внутренней поверхностях конструкции.

Формула сопротивления перегородки с n-слоев будет такой:

Rsum = R₁ + R₂ + …+Rn + Rai + Rao

где:

Rsum— суммарное термическое сопротивление ограждающей конструкции;

 R₁ … Rn— сопротивления слоев, от 1 до n;

Rai— сопротивление пристенного слоя воздуха внутри;

Rao— сопротивление пристенного слоя воздуха снаружи.

Для каждого из слоев сопротивление рассчитывается отдельно, исходя из коэффициента теплопроводности материала и толщины.

Есть специальная методика расчета и коэффициентов воздушных прослоек вдоль стены снаружи и внутри. Но для упрощенных расчётов их вполне можно взять равными суммарно 0,16 м²×℃/Вт – большой погрешности не будет.

Кстати, если в конструкции перегородки предусмотрена воздушная полость, не сообщающаяся с внешним воздухом, то она тоже дает весомую добавку к общему сопротивлению теплопередаче. Значения сопротивления теплопередаче воздушных изолированных прослоек показаны в таблице ниже:

Таблица термических сопротивлений замкнутых воздушных прослоек

Толщина воздушной прослойки, в метрахВ и Г ▲Г▼
tв > 0 ℃tв > 0 ℃
0.010.130.150.140.15
0.020.140.150.150.19
0.030.140.160.160.21
0.050.140.170.170.22
0.10.150.180.180.23
0.150.150.180.190.24
0,2-0,30.150.190.190.24
Примечания:
В и Г ▲ — воздушная прослойка вертикальная, или горизонтальная, с рапространением тепла снизу вверх
Г▼ — воздушная прослойка горизонтальная при распространении тепла сверху вниз
tв > 0 ℃ — положительная температура воздуха в прослойке
Если любая из поверхностей воздушной прослойки, или обе одновременно, оклеены алюминиесвой фольгой, то значение сопротивления теплопередаче принимают вдвое большим.

Таблицы коэффициентов теплопроводности различных групп строительных материалов
Таблица коэффициентов теплопроводности кирпичных кладок и каменных облицовок стен
Наименование материалаρ
Средняя плотность материала
кг/м³
λ₀
Коэффициент теплопроводности в идеальных условиях и в сухом состоянии
Вт/(м×℃)
λА
Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации А
Вт/(м×℃)
λБ
Коэффициент теплопроводности для условий эксплуатации Б
Вт/(м×℃)
Кирпичная кладка из сплошного кирпича на различных растворах
Стандартный керамический (глиняный) – на цементно-песчаном кладочном растворе18000,560,700,81
Стандартный керамический на цементно-шлаковом растворе17000,520,640,76
Стандартный керамический на цементно-перлитовом растворе16000,470,580,70
Силикатный на цементно-песчаном кладочном растворе18000,700,760,87
Трепельный термооизоляционный, на цементно-песчаном кладочном растворе12000,350,470,52
— то же, но с плотностью10000,290,410,47
Шлаковый, на цементно-песчаном кладочном растворе15000,520,640,70
Кладка из пустотного кирпича
Кирпич керамический, с плотностью 1400 кг/м³, на цементно-песчаном кладочном растворе16000,470,580,64
— то же, но с плотностью кирпича 1300 кг/м³14000,410,520,58
— то же, но с плотностью кирпича 1000 кг/м³12000,350,470,52
Кирпич силикатный, одиннадцатипустотный, на цементно-песчаном кладочном растворе15000,640,700,81
— то же, четырнадцатипустотный14000,520,640,76
Кладка или облицовка поверхностей натуральным камнем
Гранит или базальт28003,493,493,49
Мрамор28002,912,912,91
Туф20000,760,931,05
— то же, но с плотностью18000,560,700,81
— то же, но с плотностью16000,410,520,64
— то же, но с плотностью14000,330,430,52
— то же, но с плотностью12000,270,350,41
— то же, но с плотностью10000,210,240,29
Известняк20000,931,161,28
— то же, но с плотностью18000,700,931,05
— то же, но с плотностью16000,580,730,81
— то же, но с плотностью14000,490,560,58
Таблица коэффициентов теплопроводности бетонов различного типа
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Бетоны на плотном заполнителе
Железобетон25001.691.922.04
Бетон на натуральном гравии или щебне24001.511.741.86
Бетоны на натуральных пористых заполнителях
Пемзобетон16000.520.60.68
— то же, но с плотностью14000.420.490.54
— то же, но с плотностью12000.340.40.43
— то же, но с плотностью10000.260.30.34
— то же, но с плотностью8000.190.220.26
Туфобетон18000.640.870.99
— то же, но с плотностью16000.520.70.81
— то же, но с плотностью14000.410.520.58
— то же, но с плотностью12000.290.410.47
Бетон на вулканическом шлаке16000.520.640.7
— то же, но с плотностью14000.410.520.58
— то же, но с плотностью12000.330.410.47
— то же, но с плотностью10000.240.290.35
— то же, но с плотностью800200.230.29
Бетоны на искусственных пористых наполнителях
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией12000.410.520.58
— то же, но с плотностью10000.330.410.47
— то же, но с плотностью8000.230.290.35
Керамзитобетон на керамзитовом песке или керамзитопенобетон1800660.80.92
— то же, но с плотностью16000.580.670.79
— то же, но с плотностью14000.470.560.65
— то же, но с плотностью12000.360.440.52
— то же, но с плотностью10000.270.330.41
— то же, но с плотностью8000.210.240.31
— то же, но с плотностью6000.160.20.26
— то же, но с плотностью5000.140.170.23
Керамзитобетон на перлитовом песке10000.280.350.41
— то же, но с плотностью8000.220.290.35
Перлитобетон12000.290.440.5
— то же, но с плотностью10000.220.330.38
— то же, но с плотностью8000.160.270.33
— то же, но с плотностью6000.120.190.23
Шлакопемзобетон18000.520.630.76
— то же, но с плотностью16000.410.520.63
— то же, но с плотностью14000.350.440.52
— то же, но с плотностью12000.290.370.44
— то же, но с плотностью10000.230.310.37
Шлакопемзопено и шлакопемзогазобетон16000.470.630.7
— то же, но с плотностью14000.350.520.58
— то же, но с плотностью12000.290.410.47
— то же, но с плотностью10000.230.350.41
— то же, но с плотностью8000.170.290.35
Вермикулетобетон8000.210.230.26
— то же, но с плотностью6000.140.160.17
— то же, но с плотностью4000.090.110.13
— то же, но с плотностью3000.080.090.11
Ячеистые бетоны
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат10000.290.410.47
— то же, но с плотностью8000.210.330.37
— то же, но с плотностью6000.140.220.26
— то же, но с плотностью4000.110.140.15
— то же, но с плотностью3000.080.110.13
Газозолобетон, пенозолобетон12000.290.520.58
— то же, но с плотностью10000.230.440.59
— то же, но с плотностью8000.170.350.41
Таблица коэффициентов теплопроводности строительных растворов на цементной, известковой, гипсовой основе
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Обычный цементно-песчаный раствор18000.580.760.93
Сложный раствор из цемента, песка, извести17000.520.70.87
Цементно-шлаковый раствор14000.410.520.64
Цементно-перлитовый раствор10000.210.260.3
— то же, но с плотностью8000.160.210.26
Известково-песчаный раствор16000.470.70.81
— то же, но с плотностью12000.350.470.58
Гипсово-перлитовый раствор6000.140.190.23
Гипсово-перлитовый поризованный раствор5000.120.150.19
— то же, но с плотностью4000.090.130.15
Гипсовые плиты литые конструкционные12000.350.410.47
— то же, но с плотностью10000.230.290.35
Листы гипсокартона (сухая штукатурка)8000.150.190.21
Таблица коэффициентов теплопроводности дерева, изделий на основе древесины, а также других природных материалов
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Хвойная древесина (сосна иди ель) поперек волокон 5000,090,140,18
— они же — вдоль волокон5000,180,290,35
Древесина плотных лиственных пород (дуб, бук, ясень) поперек волокон 7000,10,180,23
— они же — вдоль волокон7000,230,350,41
Клееная фанера6000,120,150,18
Облицовочный картон10000,180,210,23
Картон строительный многослойный 6500,130,150,18
Плиты древесно-волокнистые (ДВП), древесно-стружечные (ДСП), ориентированно-стружечные (ОСП)10000,150,230,29
— то же, но для плотности8000,130,190,23
— то же, но для плотности6000,110,130,16
— то же, но для плотности4000,080,110,13
— то же, но для плотности2000,060,070,08
Плиты фибролитовые, арболит на основе портландцемента8000,160,240,3
— то же, но для плотности6000,120,180,23
— то же, но для плотности4000,080,130,16
— то же, но для плотности3000,070,110,14
Плиты камышитовые3000,070,090,14
— то же, но для плотности2000,060,070,09
Плиты торфяные термоизоляционные 3000,0640,070,08
— то же, но для плотности2000,0520,060,064
Пакля строительная1500,050,060,07
Таблица коэффициентов теплопроводности материалов, применяемых в термоизоляционных целях
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Минеральная вата, стекловата
Маты минеральной ваты прошивные или на синтетическом связующем 1250.0560.0640.07
— то же, но для плотности750.0520.060.064
— то же, но для плотности500.0480.0520.06
Плиты минеральной ваты на синтетическом и битумном связующих — мягкие, полужесткие и жесткие 3500.0910.090.11
— то же, но для плотности3000.0840.0870.09
— то же, но для плотности2000.070.0760.08
— то же, но для плотности1000.0560.060.07
— то же, но для плотности500.0480.0520.06
Плиты минеральной ваты на органофосфатном связующем — повышенной жесткости 2000.0640.070.076
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем 500.0560.060.064
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные 1500.0610.0640.07
Синтетические утеплители
Пенополистирол 1500.050.0520.06
— то же, но для плотности1000.0410.0410.052
— то же, но для плотности400.0380.0410.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1 1250.0520.060.064
— то же, но для плотности100 и менее0.0410.050.052
Пенополиуретан плитный800.0410.050.05
— то же, но для плотности600.0350.0410.041
— то же, но для плотности400.0290.040.04
Пенополиуретан напылением350.0270.0330.035
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта 1000.0470.0520.076
— то же, но для плотности750.0430.050.07
— то же, но для плотности500.0410.050.064
— то же, но для плотности400.0380.0410.06
Пенополиэтилен300.030.0320.035
Плиты из полиизоцианурата (PIR)350.0240.0280.031
Перлитопласт-бетон 2000.0410.0520.06
— то же, но для плотности1000.0350.0410.05
Перлитофосфогелевые изделия 3000.0760.080.12
— то же, но для плотности2000.0640.070.09
Каучук вспененный850.0350.040.045
Утеплители на натуральной основе
Эковата 600.0410.0540.062
— то же, но для плотности450.0380.050.055
— то же, но для плотности350.0350.0420.045
Пробка техническая500.0370.0430.048
Листы пробковые2200.0350.0410.045
Плиты льнокостричные термоизоляционные2500.0540.0620.071
Войлок строительный шерстяной3000.0570.0650.072
— то же, но для плотности1500.0450.0510.059
Древесные опилки4000.0921.051.12
— то же, но для плотности2000.0710.0780.085
Засыпки минеральные
Керамзит — гравий8000.180.210.23
— то же, но для плотности6000.140.170.2
— то же, но для плотности4000.120.130.14
— то же, но для плотности3000.1080.120.13
— то же, но для плотности2000.0990.110.12
Шунгизит — гравий8000.160.20.23
— то же, но для плотности6000.130.160.2
— то же, но для плотности4000.110.130.14
Щебень из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглоперита 8000.180.210.26
— то же, но для плотности6000.150.180.21
— то же, но для плотности4001.1220.140.16
Щебень и песок из вспученного перлита 6000.110.1110.12
— то же, но для плотности4000.0760.0870.09
— то же, но для плотности2000.0640.0760.08
Вермикулит вспученный 2000.0760.090.11
— то же, но для плотности1000.0640.0760.08
Песок строительный сухой16000.350.470.58
Пеностекло или газостекло
Пеностекло или газо-стекло 4000.110.120.14
— то же, но для плотности3000.090.110.12
— то же, но для плотности2000.070.080.09
Таблица коэффициентов теплопроводности кровельных, гидроизоляционных, облицовочных, рулонных и наливных напольных покрытий
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Асбестоцементные
Листы асбестоцементные плоские («плоский шифер») 18000.350.470.52
— то же, но для плотности16000.230.350.41
На битумной основе
Битумы нефтяные строительные и кровельные 14000.270.270.27
— то же, но для плотности12000.220.220.22
— то же, но для плотности10000.170.170.17
Асфальтобетон 21001.051.051.05
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем 4000.1110.120.13
— то же, но для плотности3000.0670.090.099
Рубероид, пергамин, толь, гибкая черепица6000.170.170.17
Линолеумы и наливные полимерные полы
Линолеум поливинилхлоридный многослойный 18000.380.380.38
— то же, но для плотности16000.330.330.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове 18000.350.350.35
— то же, но для плотности16000.290.290.29
— то же, но для плотности14000.230.230.23
Пол наливной полиуретановый15000.320.320.32
Пол наливной эпоксидный14500.0290.0290.029
Таблица коэффициентов теплопроводности металлов и стекла
Наименование материалаρ
кг/м³
λ₀
Вт/(м×℃)
λА
Вт/(м×℃)
λБ
Вт/(м×℃)
Сталь, в том числе — арматурная стержневая7850585858
Чугун7200505050
Алюминий2600221221221
Медь 8500407407407
Бронза7500÷930025÷10525÷10525÷105
Латунь8100÷880070÷12070÷12070÷120
Стекло кварцевое оконное 25000.760.760.76

Сейчас для утепления различных строений используются, преимущественно, синтетические материалы. Они имеют отличные характеристики, а также в большинстве своем очень удобны в монтаже.

Исходя из значений в таблицах выше, из категории синтетических утеплителей одним из самых энергоэффективных является PIR-плита. При плотности всего 35 кг/м³ коэффициент теплопроводности у нее в среднем составляет 0,024 Вт/м*К. Но он может быть и меньше в зависимости от технологии производства PIR-плиты у того или иного производителя.

Сравнение теплопроводности PIR-плит и других материалов

Так, например, PIR-плиты LOGICPIR от российского производителя ТЕХНОНИКОЛЬ имеют показатель теплопроводности всего 0,022 Вт/м*К. Почему значение так снижается? Дело в том, что этот вид утеплителя с обеих сторон имеет фольгированный слой. Фольга, как известно, сама по себе способна отлично отражать тепловую энергию в обратную сторону, то есть в помещение. Благодаря этому свойству энергоэффективность материала растет, а теплопотери в доме снижаются. Таким образом PIR-утеплитель, имеющий такой слой с одной и другой стороны, гораздо лучше выполняет свои функции, чем, например, PIR-материал с бумажным технологическим покрытием.

В целом же LOGICPIR — обычная PIR-плита, которая представляет собой пористый материал с множеством микроячеек, наполненных воздухом. Она очень тонкая (толщина варьируется в пределах 2-5 см), легкая, не нагружает строительные конструкции, но при этом прочная и достаточно плотная, чтобы выдерживать некоторые физические воздействия. Инертна к химическим воздействиям, биологически устойчива и, кроме того, не склонна к возгораниям.

PIR-плита ТЕХНОНИКОЛЬ

Во время эксплуатации (а срок использования PIR-плит LOGICPIR составляет 50 лет) материал не теряет своих свойств. Его коэффициент теплопроводности не меняется даже при намокании: сам по себе утеплитель не впитывает воду. Дополнительную парозащиту обеспечивает и тот самый фольгированный слой — если при монтаже плит проклеить все стыки алюминиевым скотчем, то формируется непрерывный слой пароизоляции, не пропускающий влагу. Словом, это неплохой вариант синтетического утеплителя с одними из самых высоких характеристик.

Видео: Утепление каркасного дома PIR плитами

Для чего используются такие расчеты в практическом приложении?

Оценка эффективности имеющейся термоизоляции

А для чего бывает необходимо вычислять это сопротивление, какая от этого практическая польза?

Такими расчетами можно очень точно оценить степень термоизоляции своего жилья.

Дело в том, что для различных климатических регионов России специалистами рассчитаны так называемые нормативные показатели этого сопротивления теплопередаче, отдельно для стен, перекрытий и покрытий. То есть если сопротивление конструкции отвечает этой норме, то за утепление можно быть спокойным.

Значение этих нормированных сопротивлений для разных строительных конструкций можно найти, воспользовавшись предлагаемой картой схемой.

Карта-схема территории России для определения нормированных значений сопротивлений теплопередаче.

Если не дотягивает – надо принимать меры, усиливать термоизоляцию, чтобы минимизировать потери тепла. И, стало быть, решить обратную задачу. То есть с использованием той же формулы (сопротивление от коэффициента теплопроводности и толщины) найти ту толщину утепления, которая восполнит имеющийся «дефицит» до нормы.

Термоизоляционную конструкцию сразу следует делать с опорой на проведенные теплотехнические расчеты.

Ну а если термоизоляции пока нет, то тут и вовсе все просто. Тогда потребуется определить, какой слой выбранного утеплительного материала обеспечит выход на нормированное значение сопротивления теплопередаче.

Определение уровня тепловых потерь

Еще одна важная задача – это определение величины тепловых потерь через ограждающую конструкцию. Такие вычисления бывают необходимы когда, например, определяется требуемая мощность системы отопления. Как по помещениям — для правильной расстановки обогревательных приборов (радиаторов), так и общая — для выбора оптимальной модели котла.

Каждая конструкция характеризуется своим уровнем тепловых потерь, которые необходимо определять и для правильного планирования системы отопления, и для совершенствования системы термоизоляции.

Дело в том, что это сопротивление описывается еще одной формулой, уже от разницы температур и количества тепла, уходящего через ограждающую конструкцию площадью один квадратный метр.

R = Δt / q

Δt — разница температур по обе стороны конструкции, ℃.

q — удельное количество теряемого тепла, Вт.

То есть если известна площадь ограждающей конструкции и ее термическое сопротивление (определенное, например, через толщину и коэффициент теплопроводности), если известно, для каких условий производится расчет (например, нормальная температура в помещении и самые сильные морозы, присущие данной местности), то можно спрогнозировать и тепловые потери через эту конструкцию.

Q = S × Δt/R

Q — теплопотери через ограждающую конструкцию, Вт.

S — площадь этой конструкции, м².

Такие расчеты в помещении проводятся для всех ограждающих конструкций, контактирующих с холодом, и затем определяется суммарные потери, которые должны компенсироваться системой отопления. Или, если эти потери получаются слишком большими – это становится побудительным мотивом к усовершенствованию системы термоизоляции – что-то с ней не так.

Еще одна ремарка. Это мы говорили о конструкциях, состоящих из нескольких слоев разных строительных и утеплительных материалов. А как быть с окнами? Как для них просчитывается сопротивление теплопередаче?

Методика здесь – несколько иная, и самостоятельно заниматься такими расчетами вряд ли имеет смысл. Можно воспользоваться таблицей, в которой уже имеются готовые значения сопротивления для различных типов конструкций окон.

Таблица приведенных значений сопротивления теплопередаче для окон, остекленных балконных дверей, световых проемов (фонарей)

Материал и схема запонения проемаПриведенное термическое Ro, м ² × °С/Вт
Д и ПВХА
Двойное остекление в спаренных переплетах0.4
Двойное остекление в раздельных переплетах0.440,34*
Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах0.550.46
Однокамерный стеклопакет:
— из обычного стекла0.380.34
— из стекла с твердым селективным покрытием0.510.43
— из стекла с мягким селективным покрытием0.560.47
Двухкамерный стеклопакет:
— из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 6 мм)0.510.43
— из обычного стекла (с межстекольным расстоянием 12 мм)0.540.45
— из стекла с твердым селективным покрытием0.580.48
— из стекла с мягким селективным покрытием0.680.52
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном0.650.53
Обычное стекло и однокамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
— из обычного стекла0.56
— из стекла с твердым селективным покрытием0.65
— из стекла с мягким селективным покрытием0.72
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном0.69
Обычное стекло и двухкамерный стеклопакет в раздельных переплетах:
— из обычного стекла0.68
— из стекла с твердым селективным покрытием0.74
— из стекла с мягким селективным покрытием0.81
— из стекла с твердым селективным покрытием и заполнением аргоном0.82
Два однокамерных стеклопакета в спаренных переплетах0.7
Два однокамерных стеклопакета в раздельных переплетах0.74
Четырехслойное остекление в двух спаренных переплетах0.8
Блоки стеклянные пустотные (с шириной кладочных швов 6 мм) размером:
-200×200 ×100 мм0,31 (без переплета)
-250×250 ×100 мм0,33 (без переплета)
Примечания:
Д и ПВХ — переплеты из дерева или пластика (поливинилхлорида)
А — переплеты из алюмииия
* — перепеты из стали
все указанные значения даны для площади остекления 75% от площади светового проема

Понятно, что тепловые потери будут считаться,  исходя из площади остекления и разницы температур.

Надо заметить, что профессиональные теплотехнические расчеты учитывают еще и множество различных поправочных коэффициентов, в том числе на инсоляцию (воздействие солнечных лучей), светопоглощающие и отражающие свойства поверхностей, неоднородность конструкций и другие. Но для самостоятельной первичной оценки достаточно и того алгоритма, что приведен выше.

Для любителей же более обстоятельного подхода можно порекомендовать следующий видеосюжет:

Видео: Алгоритмы профессионального расчета сопротивления теплопередаче стен

Мы же завершим публикацию онлайн-калькулятором, который вполне позволяет на бытовом уровне решить ряд задач, о которых шла речь выше.

Калькулятор расчета термического сопротивления ограждающей конструкции

Перейти к расчётам

Пояснения по работе с калькулятором

Программа несложна, но все же требует некоторых пояснений.

Предлагаемый алгоритм расчета позволяет провести вычисления сопротивления теплопередаче для любой ограждающей конструкции, включающей от одного до пяти различных слоев.

  • Первый слой пусть будет считаться по умолчанию основным. Для него указывается:

— его толщина в миллиметрах (так сделано для удобства, а перевод в метры программа выполнит самостоятельно).

— коэффициент теплопроводности материала, из которого создан этот слой. Значение берется из таблиц, с учетом режима эксплуатации А или Б. При вводе значения в калькулятор вместо запятой в качестве десятичного разделителя используется точка.

  • Вторым слоем предлагается указать имеющуюся (если есть) или планируемую термоизоляцию. Здесь уже на выбор – если оставить по умолчанию «нет», то программа проигнорирует этот слой. Если согласиться – появятся поля ввода данных, те же толщина и коэффициент теплопроводности.
  • Аналогично по выбору пользователя вводятся или игнорируются еще три произвольных слоя. Это, кстати, могут быть внешняя и внутренняя отделка, если она выполнена из значимых для теплопроводности материалов, многослойная кладка стены и т.п.
  • Если задача стоит только в определении сопротивления теплопередаче, то можно сразу переходить к клавише «РАССЧИТАТЬ…».
  • Ну а если есть желание еще и найти величину тепловых потерь через рассчитываемую ограждающую конструкцию, то ставится отметка «да, включить дополнительный расчёт». В этом случае появятся еще три поля ввода данных – площадь ограждающей конструкции, температура в помещении и температура на улице.

Уличную температуру для расчетов, как правило, берут минимальную, свойственную самой холодной декаде зимы в регионе проживания. Так задается необходимый запас мощности отопительного оборудования и эффективности системы утепления. Домашнюю температуру обычно считают в пределах 20÷24 ℃ для жилых помещений. Для нежилых (подъезды, коридоры, кладовые и т.п.) можно ограничиться +15 ℃. Для ванных, душевых, бань – порядка 35 ℃.

Рассчитанное термическое сопротивление показывается первой строкой появляющегося результата. Если был выбран вариант с вычислением тепловых потерь, то их значение (в ваттах) будет указано во второй строке.

Таблица Теплопроводности строительных материалов

Вид строительного материала Коэффициент теплопроводности материалов,
Вт/(м·°C)
Строительный материал в сухом состоянии

Условия А
для материала
(«обычные»)

Условия Б
для материала («влажные»)
Теплопроводность Шерстяного войлока 0,045
Теплопроводность Цементно-песчаного раствора  0,58 0,76 0,93
Теплопроводность Известково-песчаного раствора 0,47 0,7 0,81
Теплопроводность обычной Гипсовой штукатурки 0,25
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 180 кг/куб.м.
0,038 0,045 0,048
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 140-175 куб.м.
0,037 0,043 0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. 
При плотности 80-125 куб.м.
0,036 0,042 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 40-60 куб.м.
0,035 0,041 0,044
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 25-50 куб.м.
0,036 0,042 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 85 куб.м.
0,044 0,046 0,05
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.
При плотности — 75 куб.м.
0,04 0,042 0,047
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 60 куб.м.
0,038 0,04 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 45 куб.м.
0,039 0,041 0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. 
При плотности — 35 куб.м.
0,039 0,041 0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 30 куб.м.
0,04 0,042 0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 20 куб.м.
0,04 0,043 0,048
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 17 куб.м.
0,044 0,047 0,053
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.
При плотности — 15 куб.м.
0,046 0,049 0,055
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе. При плотности — 1000 куб.м. 0,29 0,38 0,43
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе.
При плотности — 800 куб.м.
0,21 0,33 0,37
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе.
При плотности — 600 куб.м.
0,14 0,22 0,26
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе.
При плотности — 400 куб.м.
0,11 0,14 0,15
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 1000 куб.м.
0,31 0,48 0,55
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 800 куб.м.
0,23 0,39 0,45
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 600 куб.м.
0,15 0,28 0,34
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе.
При плотности — 400 куб.м.
0,13 0,22 0,28
Теплопроводность Сосны и ели (волокна поперек). 0,09 0,14 0,18
Теплопроводность Сосны и ели (волокна вдоль). 0,18 0,29 0,35
Теплопроводность Дуба (волокна поперек). 0,10 0,18 0,23
Теплопроводность Дуба (волокна вдоль). 0,23 0,35 0,41
Теплопроводность Меди 382 — 390
Теплопроводность Алюминия 202 — 236
Теплопроводность Латуни 97 — 111
Теплопроводность Железа 92
Теплопроводность Олова 67
Теплопроводность Стали 47
Теплопроводность Стекла оконного 0,76
Теплопроводность Аргона 0,0177
 Теплопроводность Ксенона 0,0057
Теплопроводность Арболита 0,07 — 0,17
Теплопроводность Пробкового дерева 0,035
Теплопроводность Железобетона.
При плотности — 2500 куб.м.
1,69 1,92 2,04
Теплопроводность Бетона на щебне илигравии.
При плотности — 2400 куб.м.
1,51 1,74 1,86
Теплопроводность Керамзитобетона.
При плотности — 1800 куб.м.
0,66 0,80 0,92
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1600 куб.м.
0,58 0,67 0,79
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1400 куб.м.
0,47 0,56 0,65
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1200 куб.м.
0,36 0,44 0,52
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 1000 куб.м.
0,27 0,33 0,41
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 800 куб.м.
0,21 0,24 0,31
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 600 куб.м.
0,16 0,2 0,26
Теплопроводность Керамзитобетона. 
При плотности — 500 куб.м.
0,14 0,17 0,23
Теплопроводность Кирпича керамический полнотелого. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,56 0,7 0,81

Теплопроводность Кирпича силикатного. При кладке на цементно-песчанный раствор.

0,70 0,76 0,87
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого (плотность 1400 куб.м. с учетом пустот). При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,47 0,58 0,64
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого. При плотности- 1300 куб.м. с учетом пустот. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,41 0,52 0,58
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого. При плотности- 1000 куб.м. с учетом пустот. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,35 0,47 0,52
Теплопроводность Кирпича силикатного, 11 пустот (плотность 1500 куб.м.). При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,64 0,7 0,81
Теплопроводность Кирпича силикатного, 14 пустот. Плотность 1400 куб.м.. При кладке на цементно-песчанный раствор. 0,52 0,64 0,76
Теплопроводность Гранита 3,49 3,49 3,49
 Теплопроводность Мрамора 2,91 2,91 2,91
Теплопроводность Известняка.
При плотности — 2000 куб.м.
0,93 1,16 1,28
Теплопроводность Известняка.
При плотности — 1800 куб.м.
0,7 0,93 1,05

Теплопроводность Известняка.
При плотности — 1600 куб.м.

0,58 0,73 0,81
Теплопроводность Известняка. При плотности — 1400 куб.м. 0,49 0,56 0,58
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 2000 куб.м.
0,76 0,93 1,05
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1800 куб.м.
0,56 0,7 0,81
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1600 куб.м.
0,41 0,52 0,64
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1400 куб.м.
0,33 0,43 0,52
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1200 куб.м.
0,27 0,35 0,41
Теплопроводность Туфа.
При плотности — 1000 куб.м.
0,21 0,24 0,29
Теплопроводность Песок строительного (сухого, в соответствии с ГОСТ 8736-77). При плотности — 1600 куб.м. 0,35
Теплопроводность — Фанера клееная 0,12 0,15 0,18
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 1000 куб.м.
0,15 0,23 0,29
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 800 куб.м.
0,13 0,19 0,23
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 600 куб.м.
0,11 0,13 0,16
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 400 куб.м.
0,08 0,11 0,13
Теплопроводность ДСП, ДВП.
При плотности — 200 куб.м.
0,06 0,07 0,08
Теплопроводность Пакли 0,05 0,06 0,07
Теплопроводность Гипсокартона. Листы гипсовые обшивочные. При плотности — 1050 куб.м. 0,15 0,34 0,36
Теплопроводность Гипсокартона. Листы гипсовые обшивочные. При плотности — 800 куб.м. 0,15 0,19 0,21

Теплопроводность Линолеума из ПВХ на теплоизолирующей основе. 
При плотности — 1800 куб.м.

0,38 0,38 0,38
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на теплоизолирующей основе.
При плотности — 1600 куб.м.
0,33 0,33 0,33

Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1800 куб.м.

0,35 0,35 0,35
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1600 куб.м. 0,29 0,29 0,29
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1400 куб.м. 0,2 0,23 0,23
Теплопроводность, Эковата 0,037 — 0,042
Телопропводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 250 куб.м.
0,099 — 0,1 0,11 0,12
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 300 куб.м.
0,108 0,12 0,13
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 350 куб.м.
0,115 — 0,12 0,125 0,14
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 400 куб.м.
0,12 0,13 0,145
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 450 куб.м.
0,13 0,14 0,155
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 500 куб.м.
0,14 0,15 0,165
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 600 куб.м.
0,14 0,17 0,19
Телопроводность Гравия и Керамзита.
При плотности — 800 куб.м.
0,18
Теплопроводность Гипсоплита.
При плотности — 1350 куб.м..
0,35 0,50 0,56
Теплопроводность Гипсоплита.
При плотности — 1100 куб.м.
0,23 0,35 0,41

Что такое теплопроводность? Обзор

Изменение теплопроводности

Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся градиент температуры, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло.

Теплопроводность окружающих нас материалов существенно различается: от материалов с низкой теплопроводностью, таких как воздух со значением 0,024 Вт/м•К при 0°C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт/м•К).

Теплопроводность материалов определяет, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, в то время как материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно перемещать тепло из одной области. к другому, как в кухонной утвари и системах охлаждения в электронных устройствах. Выбирая материалы с теплопроводностью, соответствующей применению, мы можем добиться наилучших возможных характеристик.

Теплопроводность и температура

В связи с тем, что молекулярное движение является основой теплопроводности, температура материала оказывает большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.

Способность понимать влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы продукты вели себя должным образом при воздействии термического стресса. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, такими как электроника, и при разработке огнезащитных и теплозащитных материалов.

Теплопроводность и структура

Значения теплопроводности существенно различаются между материалами и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала.Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы. В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена структура.

При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые вещества и металлические твердые вещества. Различные способности этих трех категорий с точки зрения передачи тепла можно объяснить различиями в их структурах и движениях молекул.

Газы имеют более низкую относительную теплопроводность, так как их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и молекулярной скорости.

Газы плохо передают тепло. Напротив, молекулы неметаллических твердых тел связаны в сеть решеток, и поэтому теплопроводность в основном возникает за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые вещества имеют более высокую теплопроводность из двух, однако внутри этой группы существуют большие различия.

Это изменение частично связано с количеством воздуха, присутствующего в твердом теле. Материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, а материалы с более плотной упаковкой будут иметь более высокое значение теплопроводности.

Теплопроводность твердых металлических тел снова отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди всех материалов, за исключением графена, и обладают уникальным сочетанием тепло- и электропроводности.Оба этих атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако с повышением температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность уменьшаться.

Испытание и измерение теплопроводности

Теплопроводность является важнейшим компонентом взаимосвязи между материалами, и способность понять ее позволяет нам добиться наилучших результатов от материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни.Эффективное тестирование и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этой цели. Методы измерения теплопроводности можно разделить на стационарные и переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы стационарного состояния требуют, чтобы образец и эталонные образцы находились в тепловом равновесии до начала измерений. Переходные методы не требуют выполнения этого правила и поэтому дают результаты быстрее.

Исследовательские работы

Приготовление пористой муллитовой керамики с низкой теплопроводностью

В этом исследовании анализируется муллитовая керамика, образованная в результате вспенивания и отверждения крахмалом порошка муллита, а также то, как изменяется ее теплопроводность в зависимости от пористости керамики.Теплопроводность измерялась с помощью метода плоскостного источника (TPS) Hot Disc с помощью TPS 2500 S. По мере увеличения пористости муллитовой керамики увеличивается и теплопроводность.

Нанографит/парафиновый материал с фазовым переходом и высокой теплопроводностью

Композиты нанографита (НГ)/парафина были приготовлены в качестве композиционных материалов с фазовым переходом. Добавление ПГ повысило теплопроводность композиционного материала. Материал, содержащий 10% NG, имел теплопроводность 0.9362 Вт/м•К

Каталожные номера:

Неф, Р. Гиперфизика. «Теплопроводность». Государственный университет Джорджии.
Доступно по адресу: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1

Учебный материал по неразрушающему контролю. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm

Уильямс, М. «Что такое теплопроводность?». Физ.Орг. 9 декабря 2014 г.
Доступно по ссылке: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html

Что вы подразумеваете под теплопроводностью? Получено из определения теплопроводности

.

Thermtest База данных тепловых свойств материалов. Перечень теплопроводностей

Теплопроводность обычных материалов

В этой статье приводятся данные по теплопроводности для некоторых распространенных материалов. Теплопроводность измеряет способность материалов пропускать через себя тепло посредством проводимости.

Теплопроводность измеряет способность материалов пропускать через себя тепло посредством проводимости. Теплопроводность материала сильно зависит от состава и структуры. Вообще говоря, плотные материалы, такие как металлы и камень, являются хорошими проводниками тепла, в то время как вещества с низкой плотностью, такие как газ и пористая изоляция, плохо проводят тепло.

Теплопроводность материалов требуется для анализа сетей термического сопротивления при изучении теплообмена в системе.

Дополнительную информацию см. в статье «Значения теплопроводности для других металлов и сплавов».

В следующих таблицах приведены значения теплопроводности для обычных веществ.

+ 9 3

1

2

0
Материал Температура
Теплопроводность
Температура
Теплопроводность
Почвы и Земли
Глина 20 0.600 600 68 0.347
Gravil 20 2.50 68 1.44
Недропользователь (8% WT влага) 20 0.900 68 0.520
20 20 0.300 68 0.173
Мокрый песок (8% WT влаги) 20 0.600 68 0.347
Строительные материалы
Кирпич (здание) 20 0.720 68 68 0.416
Кирпич (глинозема) 430 3 80117 1,79
Клинкеров (цемент) 20 0.700 68 0,404
Бетон, тяжелый 20 1.30 68 0.751
4
20 9 0.207 68 0.120
Бетон, Light 20 0.418 68 0.242
9 60117
7 9 7 68 0.098
Изоляция
ASBESTOS 0 0.160 32 0.092
100 0.190 212 0.110
200 0.210 392 392 0.121
9 7
7 30 0.043 86 0,025
Стеклянная волокна 20 0.042 68 0.024 0.024
Магнезия 85% 20 0.070 68 0.040
Magnenite 200 3.80 392 392 2.20
Mica 50 122 7 Rockwool 9 7 9 0.0334 68 0.020
Резина, мягкие 8 20 0.130 0.130 68 0.075
Rubber, Hard 0 0.150 32 0.087
Sawdust 20 0.052 68 0.030 0.030
Уретановая пена (жесткая) 20 0.026 68 0.015
Разное Souths
Diamond
2300 68 1,329
графит 0 151 32 87.2
Человеческая кожа 20 0.370 68 0.214
жидкостей
уксусной кислоты, 50% 20 0.350 68 7
Acetone 30 0.170 86 0.098
Aniline 20 0.170 0.170 68 0.098
30 0.160 86 0,092
Кальциевый хлорид, 30% 30 0.550 86 86 0.318
9 68 0.139
глицерин, 60102
20 0.380 68 0.220
глицерин, 40% 20 0.450 68 0.260
Heptane 30117 30118 86 86 0.081
Mercury 20 8.54 68 493 4.93
28 8.36 82 4.83
30 0.360 86 0.208
Серсуриновая кислота, 60 % 30 0.430 86 86 0.248
Вода 20 0.613 68 0.354
30102
30 0.620 86 0.358 0.358
60102
18 140 0.381

2

0.024 32 0.014
20
0.026 68 0.015
100 0.031 212 0.018
Диоксид углерода 0 0,015 32 0.009
Этан 0 0.018 39
0 0.017 32 0.010
Гелий 20 0.152 68 0.088
0 0.170 32 0.098
0 0,029 32 0.017
азот 0 0,024 32 0,014
0.024 32 0.014
Вода (Паров) 100 0.025 0.025 212 0.014
Статья создана: 5 ноября 2013 г.
Статья Метки

Теплопроводность — обзор

.Теплопроводность сыпучих полимеров обычно очень низкая, порядка 0,1–0,5 Вт/м·К, что связано со сложной морфологией полимерных цепей. Теплопроводность полимера сильно зависит от его морфологии. Когда преобладают аморфные домены, колебательные моды в полимере имеют тенденцию быть локализованными, что приводит к низкой теплопроводности. Поэтому естественно ожидать, что теплопроводность может быть повышена за счет улучшения выравнивания полимерных цепей с помощью механического растяжения, наноразмерного шаблонирования и электропрядения.В дополнение к разработке морфологии полимерных цепей другим распространенным методом повышения теплопроводности полимеров является смешивание полимеров с наполнителями с высокой теплопроводностью. На рис. 9.4 мы суммируем основные механизмы, влияющие на теплопроводность полимеров.

Рис. 9.4. Физические механизмы, влияющие на теплопроводность полимеров (А) и полимерных нанокомпозитов (Б) [7]. Copyright 2019, Эльзевир.

Низкая теплопроводность полимеров часто является одним из основных технологических барьеров для гибкой электроники на основе полимеров из-за ограниченной способности к распространению тепла.Если можно создать полимер с высокой теплопроводностью, он может найти множество применений в электронике, водоснабжении и энергетике [7]. Развитие нанотехнологий за последние два десятилетия привело к созданию разнообразных наполнителей с высокой теплопроводностью из различных типов материалов и топологических форм [7].

Сшивание полимера также может формировать эффективные пути и сети теплопроводности путем соединения полимерных цепей прочными ковалентными связями, поэтому увеличение количества поперечных связей в полимерной сети увеличивает теплопроводность.Однако недавнее моделирование показало, что повышенную теплопроводность с поперечными связями нельзя полностью объяснить, рассматривая только ковалентные связи. В дополнение к ковалентным связям, соединяющим разные цепи, еще одним эффектом поперечных связей является сближение полимерных цепей друг с другом. В результате несвязывающая связь (vdw, кулоновская или Н-связь) становится сильнее, когда в полимере больше поперечных связей, что, в свою очередь, значительно увеличивает теплопроводность.

Таким образом, (1) улучшение кристалличности или выравнивание цепи полимеров обычно повышает теплопроводность полимера за счет выбора соответствующих видов полимеров со специальной структурой цепи. (2) Теплопроводность первичных полимеров может быть увеличена за счет усиления межцепочечной связи, такой как Н-связи и ковалентные поперечные связи.

Повышение собственной теплопроводности полимеров достигается только экспериментально путем улучшения выравнивания цепей и межцепочечной связи с полимерными смесями.Смешивание полимеров позволяет получить лишь слегка повышенную теплопроводность, которая обычно ниже 0,5 Вт/м·К, и этот метод трудно применить из-за сложных условий синтеза. Для дальнейшего повышения теплопроводности следует выбрать соответствующие виды полимеров на основе теоретических исследований перед выполнением цепи [7].

Понимание теплопроводности | Advanced Thermal Solutions

Теплопроводность — это объемное свойство, описывающее способность материала передавать тепло.В следующем уравнении теплопроводность представляет собой коэффициент пропорциональности k . Расстояние теплопередачи определяется как † x , что перпендикулярно площади A . Скорость передачи тепла через материал составляет Q , от температуры T 1 до температуры T 2 , когда T 1 > 3 T 4].

 

 


Рис. 1.Кондуктивный процесс передачи тепла от горячих (T1) к холодным (T2) поверхностям
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования. От кристалла, где вырабатывается тепло, до шкафа, в котором размещена электроника, кондуктивная теплопередача и, следовательно, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами общего процесса терморегулирования.

 

 

Путь тепла от кристалла во внешнюю среду — сложный процесс, который необходимо понимать при разработке теплового решения.В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах необходимо было оптимизировать сопротивление проводимости от кристалла к плате, поскольку основной путь передачи тепла проходил через печатную плату. По мере увеличения уровня мощности передача тепла исключительно в плату становилась неадекватной (зачетная шакита). Теперь большая часть тепла рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление переход-корпус, а также конструкция прикрепленного радиатора.

Чтобы определить важность теплопроводности материала в конкретном приложении управления температурой (например, радиатор), важно разделить общее тепловое сопротивление, связанное с кондуктивной теплопередачей, на три части: межфазное сопротивление, сопротивление растеканию и проводимость.

  • Интерфейсный материал улучшает тепловой контакт между неидеальными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей смачиваемостью поверхности уменьшит межфазное сопротивление .
  • Сопротивление растеканию используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим радиатором. Среди прочих факторов теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.
  • Сопротивление проводимости — это мера внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло проходит от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду. Что касается конструкции радиатора, сопротивление проводимости менее важно в условиях естественной конвекции и слабого воздушного потока и становится более важным по мере увеличения скорости потока.

Общепринятыми единицами теплопроводности являются Вт/мК и БТЕ/час-фут- o F.

Рис. 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3].

В электронной промышленности постоянное стремление к меньшим размерам и более высоким скоростям значительно уменьшило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макро- к микромасштабу, важно учитывать влияние на теплопроводность, а не предполагать, что объемные свойства по-прежнему точны.Уравнения Фурье, основанные на континууме, не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах. Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана [3].

Влияние толщины на проводимость можно увидеть на рис. 2. Характерным материалом является кремний, который широко используется в электронике.

Рис. 2. Теплопроводность тонкой кремниевой пленки [3]

Как и многие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристаллический и Графит являются двумя примерами таких материалов. Графит использовался в электронной промышленности, где ценна его высокая проводимость в плоскости. Кристаллы графита обладают очень высокой плоскостной проводимостью (~ 2000 Вт/мК) из-за прочной углерод-углеродной связи в их базовой плоскости. Однако параллельные базисные плоскости слабо связаны друг с другом, а теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~10 Вт/мК) [4].

На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации; температура также влияет на общую величину.Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и теплопроводность. Эта повышенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением. Закон Видемана-Франца описывает это поведение, связывая тепло- и электропроводность с температурой. Важно отметить, что влияние температуры на теплопроводность нелинейно и его трудно предсказать без предварительных исследований. На приведенных ниже графиках показано поведение теплопроводности в широком диапазоне температур.Оба этих материала, нитрид алюминия и кремний, широко используются в электронике (рис. 3 и 4 соответственно).

В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше потребуют улучшенной теплопроводности. Поэтому стоит также изучить другие области исследований и разработок в области повышения теплопроводности существующих материалов, используемых в электронных корпусах. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, где углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к значениям алмаза из-за большой длины свободного пробега фононов [7].Разработка новых материалов и усовершенствование существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурным режимом, поскольку рассеиваемая мощность устройства неуклонно растет.

Каталожные номера:

1. Теплопроводность, Научный словарь американского наследия, Houghton Mifflin Company

2. Моран, М. и Шапиро, Х., Основы инженерной термодинамики, стр. 47, 1988

3. Гай, С., Ким, В., Чанг, П., Амон, К., Джон, М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь.2006

4. Норли, Дж., Роль природного графита в охлаждении электроники, Охлаждение электроники, август 2001 г.

5. Слэк Г.А., Танзилли Р.А., Пол Р.О., Вандерсанде Дж.В., Дж. физ. хим. Твердые тела 48, 7 (1987), 641-647

6. Глассбреннер, К. и Слэк, Г., Теплопроводность кремния и германия от 3°К до точки плавления, Physical Review 134, 4A, 1964

7. Бербер С., Квон Ю. и Томанек Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, том 84, № 20, стр. 4613-4616, 2000

Теплопроводность материалов | Свойства материала

В этой таблице приведены показатели теплопроводности наиболее распространенных материалов, с которыми вы можете столкнуться в жизни.Исследуйте мир материалов, сравнивайте материалы друг с другом, а также пытайтесь исследовать другие свойства.

Теплопроводность материалов

Характеристики теплопередачи твердого материала измеряются свойством, называемым теплопроводностью , k (или λ), измеряемой в Вт/м·К . Это мера способности вещества передавать тепло через материал путем теплопроводности. Обратите внимание, что закон Фурье применим ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное), поэтому он также определен для жидкостей и газов.

Теплопроводность большинства жидкостей и твердых тел зависит от температуры. Для паров это также зависит от давления. Всего:

Большинство материалов почти однородны, поэтому обычно мы можем написать k = k (T) . Аналогичные определения связаны с теплопроводностями в направлениях y и z (ky, kz), но для изотропного материала теплопроводность не зависит от направления переноса, kx = ky = kz = k.

 

Теплопроводность металлов

Перенос тепловой энергии в твердых телах обычно может быть обусловлен двумя эффектами:

  • миграция свободных электронов
  • решеточные колебательные волны (фононы)

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как:

к = к e  + к ф

Металлы  являются твердыми телами и поэтому обладают кристаллической структурой, в которой ионы (ядра с окружающими их оболочками остовных электронов) занимают трансляционно эквивалентные положения в кристаллической решетке. Металлы обычно имеют высокую электропроводность , высокую теплопроводность и высокую плотность. Соответственно, транспорт тепловой энергии может быть обусловлен двумя эффектами:

  • миграция свободных электронов
  • решетчатые колебательные волны (фононы).

Когда электроны и фононы переносят тепловую энергию, приводящую к теплопроводности в твердом теле, теплопроводность может быть выражена как:

к = к e  + к ф

Уникальной особенностью металлов с точки зрения их структуры является наличие носителей заряда, в частности электронов .Электрическая и теплопроводность металлов происходит из-за того факта, что их внешние электроны делокализованы . Их вклад в теплопроводность обозначается как электронная теплопроводность , k e . Фактически, в чистых металлах, таких как золото, серебро, медь и алюминий, тепловой ток, связанный с потоком электронов, намного превышает небольшой вклад, обусловленный потоком фононов. Напротив, для сплавов вкладом k ph в k уже нельзя пренебречь.

Теплопроводность неметаллов

Для неметаллических твердых тел , k  определяется в первую очередь k ph , которое увеличивается по мере уменьшения частоты взаимодействий между атомами и решеткой. Фактически, решеточная теплопроводность является доминирующим механизмом теплопроводности в неметаллах, если не единственным. В твердых телах атомы колеблются вокруг своих положений равновесия (кристаллическая решетка). Колебания атомов не независимы друг от друга, а довольно сильно связаны с соседними атомами.Регулярность расположения решетки оказывает важное влияние на k ph , при этом кристаллические (хорошо упорядоченные) материалы, такие как кварц , имеют более высокую теплопроводность, чем аморфные материалы, такие как стекло. При достаточно высоких температурах k ph ∝ 1/T.

квантов колебательного поля кристалла называются « фононами ». Фонон — это коллективное возбуждение в периодическом упругом расположении атомов или молекул в конденсированных средах, таких как твердые тела и некоторые жидкости.Фононы играют важную роль во многих физических свойствах конденсированного вещества, таких как теплопроводность и электропроводность. Фактически, для кристаллических неметаллических твердых тел, таких как алмаз, k ph  может быть довольно большим, превышая значения k, связанные с хорошими проводниками, такими как алюминий. В частности, алмаз обладает самой высокой твердостью и теплопроводностью (k = 1000 Вт/м·К) среди всех объемных материалов.

 

Теплопроводность жидкостей и газов

В физике жидкость – это вещество, которое постоянно деформируется (течет) под действием приложенного напряжения сдвига. Жидкости  являются подмножеством фаз материи и включают жидкости , газы , плазму и, в некоторой степени, пластичные твердые тела. Поскольку межмолекулярное расстояние намного больше, а движение молекул более хаотично для жидкого состояния, чем для твердого состояния, перенос тепловой энергии менее эффективен. Следовательно, теплопроводность газов и жидкостей обычно меньше, чем у твердых тел. В жидкостях теплопроводность обусловлена ​​атомной или молекулярной диффузией.В газах теплопроводность обусловлена ​​диффузией молекул с более высокого энергетического уровня на более низкий уровень.

Теплопроводность газов

Влияние температуры, давления и химических соединений на теплопроводность газа можно объяснить с точки зрения кинетической теории газов . Воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами при отсутствии конвекции. Следовательно, многие изоляционные материалы (например, полистирол) функционируют просто благодаря большому количеству заполненных газом карманов , которые предотвращают широкомасштабную конвекцию .Чередование газового кармана и твердого материала приводит к тому, что тепло должно передаваться через множество поверхностей раздела, что приводит к быстрому снижению коэффициента теплопередачи.

Теплопроводность газов прямо пропорциональна плотности газа, средней молекулярной скорости и особенно средней длине свободного пробега молекулы. Длина свободного пробега также зависит от диаметра молекулы, причем более крупные молекулы с большей вероятностью столкнутся, чем мелкие молекулы, что представляет собой среднее расстояние, пройденное энергоносителем (молекулой) до столкновения.Легкие газы, такие как водород и гелий , обычно имеют высокую теплопроводность . Плотные газы, такие как ксенон и дихлордифторметан, обладают низкой теплопроводностью.

В общем случае теплопроводность газов увеличивается с повышением температуры.

Теплопроводность жидкостей

Как уже писалось, в жидкостях теплопроводность обусловлена ​​атомной или молекулярной диффузией, но физические механизмы объяснения теплопроводности жидкостей изучены недостаточно.Жидкости, как правило, обладают лучшей теплопроводностью, чем газы, а способность течь делает жидкость подходящей для отвода избыточного тепла от механических компонентов. Тепло можно отводить, пропуская жидкость через теплообменник. Теплоносители, используемые в ядерных реакторах, включают воду или жидкие металлы, такие как натрий или свинец.

Теплопроводность неметаллических жидкостей обычно уменьшается с повышением температуры.

Что такое теплопроводность? — Matmatch

Теплопроводность — это мера способности определенного материала передавать или проводить тепло.Проводимость возникает, когда в материале присутствует градиент температуры. Его единицы измерения (Вт/мК) обозначаются либо λ, либо k.

Второй закон термодинамики определяет, что тепло всегда будет течь от более высокой температуры к более низкой температуре.

Уравнение теплопроводности рассчитывается по следующей формуле:

представляет собой тепловую энергию, передаваемую в единицу времени через материал. Это выражается в джоулях в секунду или ваттах.

    • k – константа теплопроводности.
    • A – площадь поверхности, через которую течет тепловая энергия, измеряется в м2.
    • ∆T — разница температур, измеренная в градусах Кельвина.
    • L относится к толщине материала, через который передается тепло, и измеряется в метрах.
    • Для расчета константы теплопроводности можно использовать следующее уравнение:

Теплопроводность конкретного материала зависит от его плотности, содержания влаги, структуры, температуры и давления.

Как измеряется?

Некоторые распространенные методы измерения теплопроводности:

Метод защищенной горячей плиты:

Метод защищенной горячей пластины — это широко используемый стационарный метод измерения теплопроводности. Материал, который необходимо протестировать, помещают между горячей и холодной пластинами. Параметрами, используемыми для расчета теплопроводности, являются установившиеся температуры, тепло, используемое для более теплой пластины, и толщина материала.Его можно использовать в диапазоне температур от 80 до 1500 К и для таких материалов, как пластик, стекло и изоляционные образцы. Это очень точно, но для проведения теста требуется значительное количество времени.

Метод горячей проволоки:

Метод горячей проволоки является переходным методом и может использоваться для определения теплопроводности жидкостей, твердых тел и газов. Стандартный метод с горячей проволокой, используемый для жидкостей, заключается в том, что в образец помещается нагретая проволока. Теплопроводность определяется сравнением зависимости температуры проволоки от логарифма времени, когда заданы плотность и емкость.

В случае с твердыми телами требуется небольшая модификация этого метода, при которой горячая проволока поддерживается на подложке, чтобы не было проникновения в твердое тело. Он работает в диапазоне температур 298–1800 К и является быстрым и точным методом, но имеет ключевое ограничение, заключающееся в том, что он работает только с материалами с низкой проводимостью.

Сравнительный метод резки бруса:

Сравнительный метод отрезных стержней представляет собой стационарный метод и может использоваться для испытаний металлов, керамики и пластмасс.Тепловой поток проходит через образцы, теплопроводность которых известна и неизвестна, следовательно, можно провести сравнение температурных градиентов. Он работает в диапазоне температур 293 – 1573 К, но измерения относительно неопределенны.

Метод лазерной вспышки:

Метод лазерной вспышки представляет собой переходный метод, при котором лазерный импульс доставляет короткий тепловой импульс к переднему концу образца, а изменение температуры измеряется на заднем конце образца.Он работает в диапазоне температур 373 – 3273 К и может использоваться как для твердых, так и для жидких тел. Его преимущество в том, что он быстрый и имеет высокую точность, но довольно дорогой.

Метод измерения теплового потока:

Метод измерения теплового потока представляет собой стационарный метод и аналогичен методу защищенной горячей пластины, за исключением того, что для измерения теплового потока через образец используются датчики теплового потока, а не основной нагреватель. Тепловой поток определяется на основе падения температуры внутри терморезистора.Измерители теплового потока используются в диапазоне температур 373–573 К и могут использоваться для пластмасс, керамики, изоляционных материалов и стекла. Основным преимуществом теплосчетчиков является то, что они относительно просты в настройке, однако измерения не отличаются особой точностью.

Какие материалы имеют самую высокую/самую низкую теплопроводность?

Как и ожидалось, материалы, которые хорошо проводят тепло, такие как металлы, имеют более высокую константу теплопроводности, чем материалы, которые не так эффективно проводят тепло, такие как полимеры и дерево.

В группе металлов серебро имеет самую высокую константу теплопроводности, а висмут — самую низкую.

Теплопроводность неметаллических жидкостей значительно ниже теплопроводности металлов, а наименьшая теплопроводность наблюдается у газов. Среди газов водород и гелий обладают относительно высокой теплопроводностью.

Для каких приложений требуется высокая/низкая теплопроводность?

Материалы с фазовым переходом, используемые для хранения тепловой энергии, таких как системы отопления и охлаждения, должны иметь высокую теплопроводность, чтобы максимизировать эффективность, тогда как материалы с низкой теплопроводностью обычно используются для теплоизоляции.

Созданные фононами материалы с чрезвычайно высокой теплопроводностью

  • 1.

    Kittel, C. Introduction to Solid State Physics 7-е изд. (Wiley, 1996).

  • 2.

    Peierls, R. Zur kinetischen Theorie der Wärmeleitung in Kristallen. Энн. физ. 395 , 1055–1101 (1929).

    Артикул Google Scholar

  • 3.

    Аллен, П. Б. и Фельдман, Дж. Л. Теплопроводность неупорядоченных гармонических твердых тел. Физ. B 48 , 12581–12588 (1993).

    КАС Статья Google Scholar

  • 4.

    Клеменс, П. Г. Рассеяние низкочастотных решеточных волн на статических несовершенствах. Проц. физ. соц. А 68 , 1113 (1955).

    Артикул Google Scholar

  • 5.

    Callaway, J. Модель решеточной теплопроводности при низких температурах. Физ. 113 , 1046–1051 (1959).

    КАС Статья Google Scholar

  • 6.

    Cahill, D.G. et al. Наноразмерный тепловой транспорт. J. Appl. физ. 93 , 793 (2003).

    КАС Статья Google Scholar

  • 7.

    Cahill, D.G. et al. Наноразмерный тепловой транспорт. II. 2003–2012 гг. Заяв. физ. Ред. 1 , 011305 (2014).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 8.

    Dresselhaus, M. S. et al. Новые направления для низкоразмерных термоэлектрических материалов. Доп. Матер. 19 , 1043–1053 (2007).

    КАС Статья Google Scholar

  • 9.

    Volz, S.G. & Chen, G. Молекулярно-динамическое моделирование теплопроводности кристаллов кремния. Физ. преп.В 61 , 2651 (2000).

    КАС Статья Google Scholar

  • 10.

    McGaughey, A.J.H. & Larkin, J.M. Прогнозирование свойств фононов на основе моделирования равновесной молекулярной динамики. год. Преподобный Тепло. Трансф. 17 , 49–87 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 11.

    Бройдо Д. А., Малорный М., Бирнер Г., Минго Н.и Стюарт, Д. А. Внутренняя теплопроводность решетки полупроводников из первых принципов. Заяв. физ. лат. 91 , 231922 (2007 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 12.

    Чжан В., Фишер Т. С. и Минго Н. Метод атомистической функции Грина: эффективный подход к моделированию переноса фононов в наномасштабе. Номер. Нагревать. Трансф. B 51 , 333–349 (2007).

    КАС Статья Google Scholar

  • 13.

    Марколонго А., Умари П. и Барони С. Микроскопическая теория и квантовое моделирование переноса атомного тепла. Нац. физ. 12 , 80–84 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 14.

    Барток, А. П., Пейн, М. С., Кондор, Р. и Чаньи, Г. Потенциалы приближения Гаусса: точность квантовой механики без учета электронов. Физ. Преподобный Летт. 104 , 136403 (2010 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 15.

    Дай Дж. и Тиан З. Строгий формализм ангармонической атомистической функции Грина для трехмерных интерфейсов. Физ. B 101 , 041301 (R) (2020 г.).

    Артикул Google Scholar

  • 16.

    Minnich, A.J. et al. Метод спектроскопии теплопроводности для измерения длины свободного пробега фононов. Физ. Преподобный Летт. 107 , 095901 (2011).

    КАС Статья Google Scholar

  • 17.

    Siemens, M.E. et al. Квазибаллистический перенос тепла от наноразмерных границ раздела, наблюдаемый с помощью сверхбыстрых когерентных пучков мягкого рентгеновского излучения. Нац. Матер. 9 , 26–30 (2010).

    КАС Статья Google Scholar

  • 18.

    Канг Дж.С., Ли М., Ву Х., Нгуен Х. и Ху Ю. Экспериментальное наблюдение высокой теплопроводности арсенида бора. Наука 361 , 575–578 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 19.

    Tian, ​​F. et al. Необычно высокая теплопроводность объемных кристаллов арсенида бора. Наука 361 , 582–585 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 20.

    Ли, С. и др. Высокая теплопроводность в кубических кристаллах арсенида бора. Наука 361 , 579–581 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 21.

    van Roekeghem, A., Carrete, J., Oses, C., Curtarolo, S. & Mingo, N. Высокопроизводительный расчет теплопроводности высокотемпературных твердых фаз: случай оксида и фторидные перовскиты. Физ. Ред. 6 , 041061 (2016).

    Артикул Google Scholar

  • 22.

    Seyf, H.R. et al. Переосмысление фононов: проблема беспорядка. npj Вычисл. Матер. 3 , 49 (2017).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 23.

    Kim, W. et al. Снижение теплопроводности и повышение термоэлектрической эффективности за счет внедрения наночастиц в кристаллические полупроводники. Физ.Преподобный Летт. 96 , 045901 (2006).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 24.

    Poudel, B. et al. Высокие термоэлектрические характеристики наноструктурированных объемных сплавов теллурида висмута и сурьмы. Наука 320 , 634–638 (2008).

    КАС Статья Google Scholar

  • 25.

    Лукьянова М.Н. Когерентная фононная теплопроводность в сверхрешетках. Наука 338 , 936–939 (2012).

    КАС Статья Google Scholar

  • 26.

    Ravichandran, J. et al. Кроссовер от некогерентного к когерентному рассеянию фононов в эпитаксиальных оксидных сверхрешетках. Нац. Матер. 13 , 168–172 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 27.

    Лукьянова М.Н. Локализация фононов в теплопроводности. науч. Доп. 4 , eaat9460 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 28.

    Ферми, Э., Паста, П., С, У. и Цингоу, М. Исследования нелинейных задач (Калифорнийский университет, 1955).

  • 29.

    Huberman, S. et al. Наблюдение второго звука в графите при температуре выше 100 К. Наука 364 , 375–379 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 30.

    Слэк, Г. А. Неметаллические кристаллы с высокой теплопроводностью. J. Phys. хим. Твердые вещества 34 , 321–335 (1973).

    КАС Статья Google Scholar

  • 31.

    Линдси Л., Бройдо Д. А. и Райнеке Т. Л. Определение сверхвысокой теплопроводности арсенида бора из первых принципов: конкурент алмаза? Физ. Преподобный Летт. 111 , 025901 (2013).

    КАС Статья Google Scholar

  • 32.

    Равичандран, Н.К. и Бройдо, Д. Фонон-фононное взаимодействие в сильно связанных твердых телах: правила отбора и процессы более высокого порядка. Физ. Ред. 10 , 021063 (2020 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 33.

    Feng, T., Lindsay, L. & Ruan, X. Четырехфононное рассеяние значительно снижает собственную теплопроводность твердых тел. Физ. Ред. B 96 , 161201(R) (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 34.

    Лв, Б. и др. Экспериментальное исследование предлагаемого сверхтеплопровода: Б.А. Заяв. физ. лат. 106 , 074105 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 35.

    Линдсей Л., Бройдо Д.А. и Райнеке Т.Л. Рассеяние изотопов фононов и теплопроводность в материалах с большим изотопным эффектом: исследование первых принципов. Физ. B 88 , 144306 (2013).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 36.

    Zheng, Q. et al. Теплопроводность GaN, 71 GaN и SiC от 150 К до 850 К. Физ. Преподобный Матер. 3 , 014601 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 37.

    Гу, X., Вэй, Ю., Инь, X., Ли, Б. и Ян, Р.Фононные тепловые свойства двумерных материалов. Ред. Мод. физ. 90 , 041002 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 38.

    Линдсей Л., Бройдо Д.А. и Минго Н. Решетчатая теплопроводность одностенных углеродных нанотрубок: вне приближения времени релаксации и правил отбора фонон-фононного рассеяния. Физ. B 80 , 125407 (2009).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 39.

    Линдси Л., Бройдо Д. А. и Минго Н. Изгибные фононы и перенос тепла в графене. Физ. Ред. B 82 , 115427 (2010 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 40.

    Kim, P., Shi, L., Majumdar, A. & McEuen, P.L. Измерения теплового переноса отдельных многостенных нанотрубок. Физ. Преподобный Летт. 87 , 215502 (2001).

    КАС Статья Google Scholar

  • 41.

    Маруяма, С. Молекулярно-динамическое моделирование теплопроводности в ОСНТ конечной длины. Физ. B 323 , 193–195 (2002).

    КАС Статья Google Scholar

  • 42.

    Баландин А.А. и др. Превосходная теплопроводность однослойного графена. Нано Летт. 8 , 902–907 (2008).

    КАС Статья Google Scholar

  • 43.

    Шмидт, А. Дж., Чен, X. и Чен, Г. Накопление импульсов, радиальная теплопроводность и анизотропная теплопроводность в нестационарном тепловом отражении насос-зонд. Rev. Sci. Инструм. 79 , 114902 (2008 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 44.

    Минго, Н. и Бройдо, Д. А. Зависимость теплопроводности углеродных нанотрубок от длины и «проблема длинных волн». Нано Летт. 5 , 1221–1225 (2005).

    КАС Статья Google Scholar

  • 45.

    Лепри, С. Теплопроводность в классических низкоразмерных решетках. Физ. Представитель 377 , 1–80 (2003).

    КАС Статья Google Scholar

  • 46.

    Chang, C.W., Okawa, D., Garcia, H., Majumdar, A. & Zettl, A. Нарушение закона Фурье в теплопроводных нанотрубках. Физ.Преподобный Летт. 101 , 075903 (2008 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 47.

    Xu, X. et al. Теплопроводность в зависимости от длины в подвешенном однослойном графене. Нац. коммун. 5 , 3689 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 48.

    Такабатаке, Т., Суэкуни, К., Накаяма, Т. и Канешита, Э. Электронно-кристаллические термоэлектрические клатраты из фононного стекла: эксперименты и теория. Ред. Мод. физ. 86 , 669–716 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 49.

    Кларк, Д. Р. и Филпот, С. Р. Материалы для покрытий с термобарьерным покрытием. Матер. Сегодня 8 , 22–29 (2005).

    КАС Статья Google Scholar

  • 50.

    Weathers, A. et al. Стеклоподобная теплопроводность в наноструктурах сложного анизотропного кристалла. Физ. B 96 , 214202 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 51.

    Christensen, M. et al. Предотвращение пересечения дребезжащих мод в термоэлектрических материалах. Нац. Матер. 7 , 811–815 (2008).

    КАС Статья Google Scholar

  • 52.

    Sales, BC, Mandrus, D. & Williams, RK. Наполненные антимониды скуттерудита: новый класс термоэлектрических материалов. Наука 272 , 1325–1328 (1996).

    КАС Статья Google Scholar

  • 53.

    Mukhopadhyay, S. et al. Двухканальная модель сверхнизкой теплопроводности кристаллического Tl 3 VSe 4 . Наука 360 , 1445–1458 (2018).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 54.

    Хугебум-Пот, К.М. и др. Новый режим наномасштабного переноса тепла: коллективная диффузия увеличивает эффективность рассеивания. Проц. Натл акад. науч. США 112 , 4846–4851 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 55.

    Lee, S. et al. Резонансная связь приводит к низкой теплопроводности решетки. Нац. коммун. 5 , 3525 (2014).

    Артикул Google Scholar

  • 56.

    Делайр, О. и др. Гигантское ангармоническое рассеяние фононов в PbTe. Нац. Матер. 10 , 614–619 (2011).

    КАС Статья Google Scholar

  • 57.

    Tian, ​​Z. et al. Фононная проводимость в PbSe, PbTe и PbTe 1− x Se x из расчетов из первых принципов. Физ. B 85 , 184303 (2012).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 58.

    Li, C.W. et al. Орбитальный гигантский фононный ангармонизм в SnSe. Нац. физ. 11 , 1063–1069 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 59.

    млн лет, H. et al. Суперэластичный и мягкий (CH 3 NH 3 ) 3 Bi 2 I 9 кристалл со сверхнизкой теплопроводностью. Физ. Преподобный Летт. 123 , 155901 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 60.

    Qian, X., Gu, X. & Yang, R. Теплопроводность решетки органо-неорганического гибридного перовскита CH 3 NH 3 PbI 3 . Заяв. физ. лат. 108 , 063902 (2016).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 61.

    Pisoni, A. et al. Сверхнизкая теплопроводность в органо-неорганическом гибридном перовските CH 3 NH 3 PbI 3 . J. Phys.хим. лат. 5 , 2488–2492 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 62.

    Zhu, T. & Ertekin, E. Смешанный фононный и нефононный перенос в гибридных перовскитах галогенидов свинца: дуальность стекло-кристалл, динамический беспорядок и ангармонизм. Энергетика Окружающая среда. науч. 12 , 216–229 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 63.

    Иоффе А. Ф. Полупроводниковые термоэлементы и термоэлектрическое охлаждение. Физ. Сегодня 12 , 42 (1959).

    Артикул Google Scholar

  • 64.

    Tamura, S. Изотопическое рассеяние дисперсионных фононов в Ge. Физ. Rev. B 27 , 858–866 (1983).

    КАС Статья Google Scholar

  • 65.

    Гарг Дж., Бонини Н., Козинский Б. и Марзари Н. Роль беспорядка и ангармонизма в теплопроводности сплавов кремний-германий: исследование основных принципов. Физ. Преподобный Летт. 106 , 045901 (2011).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 66.

    Мураками, Т., Шига, Т., Хори, Т., Эсфарджани, К. и Шиоми, Дж. Важность локальных силовых полей для снижения теплопроводности решетки в PbTe 1− x Se х сплавы. Еврофиз. лат. 102 , 46002 (2013).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 67.

    Арригони, М., Каррете, Дж., Минго, Н. и Мэдсен, Г.К.Х. Количественное предсказание решеточной теплопроводности в случайных полупроводниковых сплавах из первых принципов: роль беспорядка с постоянной силой. Физ. B 98 , 115205 (2018 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 68.

    Симончелли, М., Марзари, Н. и Маури, Ф. Единая теория переноса тепла в кристаллах и стеклах. Нац. физ. 15 , 809–813 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 69.

    Исаева Л., Барбалинардо Г., Донадио Д. и Барони С. Моделирование переноса тепла в кристаллах и стеклах на основе единого подхода к динамике решетки. Нац. коммун. 10 , 3853 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 70.

    Ян Р. и Чен Г. Моделирование теплопроводности периодических двумерных нанокомпозитов. Физ. Ред. B 69 , 195316 (2004 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 71.

    Казимир, Х.Б.Г. Заметка о теплопроводности в кристаллах. Physica 5 , 495–500 (1938).

    Артикул Google Scholar

  • 72.

    Chiritescu, C. et al. Сверхнизкая теплопроводность в неупорядоченных слоистых кристаллах WSe 2 . Наука 315 , 351–353 (2007).

    КАС Статья Google Scholar

  • 73.

    Вазири, С. и др. Сверхвысокая теплоизоляция через гетерогенно слоистые двумерные материалы. науч. Доп. 5 , eaax1325 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 74.

    Чен, Г. Теплопроводность и перенос баллистических фононов в поперечном направлении сверхрешеток. Физ. B 57 , 14958 (1998).

    КАС Статья Google Scholar

  • 75.

    Majumdar, A. Микромасштабная теплопроводность в тонких диэлектрических пленках. Дж. Тепло. Трансф. 115 , 7–16 (1993).

    Артикул Google Scholar

  • 76.

    Chen, G. in Последние тенденции в исследованиях термоэлектрических материалов III Vol. 71 (изд. Tritt, TM) Ch. 5, 203–259 (Эльзевир, 2001).

  • 77.

    Венкатасубраманян, Р. Снижение теплопроводности решетки и поведение, подобное локализации фононов в сверхрешетчатых структурах. Физ. B 61 , 3091 (2000).

    КАС Статья Google Scholar

  • 78.

    Chen, G. Фононно-волновая теплопроводность в тонких пленках и сверхрешетках. Дж. Тепло. Трансф. 121 , 945–953 (1999).

    Артикул Google Scholar

  • 79.

    Ян Б. и Чен Г. Частично когерентная фононная теплопроводность в сверхрешетках. Физ. Ред. B 67 , 195311 (2003 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 80.

    Maire, J. et al. Настройка теплопроводности волновой природой фононов. науч. Доп. 3 , e1700027 (2017).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 81.

    Sperling, L.H. Introduction to Physical Polymer Science (Wiley, 2005).

  • 82.

    Liu, J. & Yang, R. Зависимая от длины теплопроводность одиночных вытянутых полимерных цепей. Физ. B 86 , 104307 (2012).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 83.

    Чжан Т. и Луо Т. Теплопроводность полиэтиленовых одинарных цепей и кристаллических волокон под влиянием морфологии. J. Appl. физ. 112 , 094304 (2012).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 84.

    Генри А. и Чен Г. Высокая теплопроводность одиночных полиэтиленовых цепей с использованием моделирования молекулярной динамики. Физ. Преподобный Летт. 101 , 235502 (2008 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 85.

    Zhang, T., Wu, X. & Luo, T. Полимерные нановолокна с выдающейся теплопроводностью и термостабильностью: фундаментальная связь между молекулярными характеристиками и макроскопическими термическими свойствами. J. Phys. хим. C 118 , 21148–21159 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 86.

    Шулумба, Н., Хеллман, О. и Миннич, А. Дж. Решетчатая теплопроводность молекулярных кристаллов полиэтилена на основе первых принципов, включая ядерные квантовые эффекты. Физ. Преподобный Летт. 119 , 185901 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 87.

    Wang, X., Kaviany, M. & Huang, B. Взаимодействие и транспорт фононов в отдельных полиэтиленовых цепях: сравнительное исследование с объемным кристаллом. Наномасштаб 9 , 18022–18031 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 88.

    Ван, X., Хо, В., Сегалман, Р. А. и Кэхилл, Д. Г. Теплопроводность высокомодульных полимерных волокон. Макромолекулы 46 , 4937–4943 (2013).

    КАС Статья Google Scholar

  • 89.

    Шен С., Генри А., Тонг Дж., Женг Р. и Чен Г. Полиэтиленовые нановолокна с очень высокой теплопроводностью. Нац. нанотехнологии. 5 , 251–255 (2010).

    КАС Статья Google Scholar

  • 90.

    Шреста Р. и др. Кристаллические полимерные нановолокна со сверхвысокой прочностью и теплопроводностью. Нац. коммун. 9 , 1664 (2018).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 91.

    Xu, Y. et al. Наноструктурированные полимерные пленки с металлоподобной теплопроводностью. Нац. коммун. 10 , 1771 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 92.

    Сингх, В. и др. Высокая теплопроводность цепочечно-ориентированного аморфного политиофена. Нац. нанотехнологии. 9 , 384–390 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 93.

    Ронка, С., Игараши, Т., Форте, Г. и Растоги, С. Металлоподобная теплопроводность в легком изоляторе: Ленты и пленки из полиэтилена сверхвысокой молекулярной массы, обработанные в твердом состоянии. Полимер 123 , 203–210 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 94.

    Zhu, B. et al. Новые полиэтиленовые волокна с очень высокой теплопроводностью благодаря аморфной реструктуризации. САУ Омега 2 , 3931–3944 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 95.

    Smith, M.K., Singh, V., Kalaitzidou, K. & Cola, B.A. Поверхности поли(3-гексилтиофеновых) нанотрубок с регулируемым смачиванием и контактным переносом тепловой энергии. ACS Nano 9 , 1080–1088 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 96.

    Lu, C. et al. Теплопроводность электропрядения с выровненным по цепи полиэтиленоксидом (ПЭО). Полимер 115 , 52–59 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 97.

    Курабаяши К., Ашеги М. и Гудсон К.Е. Измерение анизотропии теплопроводности в полиимидных пленках. Дж. Микроэлектромех. Сист. 8 , 180–191 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 98.

    Wei, X., Zhang, T. & Luo, T. Теплопроводность аморфных полимерных смесей, зависящая от конформации цепи: влияние меж- и внутрицепочечных взаимодействий. Физ. хим. хим. физ. 18 , 32146–32154 (2016).

    КАС Статья Google Scholar

  • 99.

    Шанкер, А. и др. Высокая теплопроводность в аморфных полимерах, полученных электростатически. науч. Доп. 3 , e1700342 (2017).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 100.

    Xie X. et al. Высокая и низкая теплопроводность аморфных макромолекул. Физ. B 95 , 035406 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 101.

    Сюй, Ю. и др. Молекулярно-инженерный сопряженный полимер с высокой теплопроводностью. науч. Доп. 4 , eaar3031 (2018).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 102.

    Kim, G.H. et al. Высокая теплопроводность в смесях аморфных полимеров за счет межцепных взаимодействий. Нац. Матер. 14 , 295–300 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 103.

    Миядзаки Ю., Нишияма Т., Такахаши Х., Ктагири Дж.-И. & Takezawa, Y., Разработка эпоксидных композитов с высокой теплопроводностью. На конференции IEEE 2009 г. по электрической изоляции и диэлектрическим явлениям 638–641 (IEEE, 2009).

  • 104.

    Cui, L. et al. Теплопроводность одномолекулярных соединений. Природа 572 , 628–633 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 105.

    Ван, З. и др. Сверхбыстрая вспышка теплопроводности молекулярных цепей. Наука 317 , 787–790 (2007).

    КАС Статья Google Scholar

  • 106.

    Расс Б., Глоделл А., Урбан Дж. Дж., Чабиник М. Л. и Сегалман Р. А. Органические термоэлектрические материалы для сбора энергии и контроля температуры. Нац. Преподобный Матер. 1 , 16050 (2016).

  • 107.

    Дуда Дж.C., Hopkins, PE, Shen, Y. & Gupta, M.C. Исключительно низкая теплопроводность пленок производного фуллерена PCBM. Физ. Преподобный Летт. 110 , 015902 (2013).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 108.

    Liu, J. et al. Сверхнизкая теплопроводность тонких пленок гибридного органо-неорганического цинкона, осажденных атомно-молекулярным слоем. Нано Летт. 13 , 5594–5599 (2013).

    КАС Статья Google Scholar

  • 109.

    Онг, В.-Л. и Мален, Дж. А. Тепловой перенос в наноструктурированных органо-неорганических гибридных материалах. год. Преподобный Тепло. Трансф. 19 , 67–126 (2016).

    КАС Статья Google Scholar

  • 110.

    Yang, J. et al. Обрабатываемые раствором суператомные тонкие пленки. Дж. Ам. хим. соц. 141 , 10967–10971 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 111.

    Ли, Р., Ли, Э. и Луо, Т. Единый потенциал глубокой нейронной сети, способный прогнозировать теплопроводность кремния в различных фазах. Матер. Сегодня физ. 12 , 100181 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 112.

    Qian, X., Peng, S., Li, X., Wei, Y. & Yang, R. Моделирование теплопроводности с использованием потенциалов машинного обучения: применение к кристаллическому и аморфному кремнию. Матер. Сегодня физ. 10 , 100140 (2019).

    Артикул Google Scholar

  • 113.

    Ju, S. et al. Разработка наноструктур для переноса фононов с помощью байесовской оптимизации. Физ. Ред. 7 , 021024 (2017 г.).

    Артикул Google Scholar

  • 114.

    Wu, S. et al. Обнаружение полимеров с высокой теплопроводностью с помощью машинного обучения с использованием алгоритма молекулярного дизайна. npj Вычисл. Матер. 5 , 66 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 115.

    Каррете, Дж., Ли, В., Минго, Н., Ван, С. и Куртароло, С. Поиск беспрецедентно низкой теплопроводности полугейслеровых полупроводников с помощью моделирования материалов с высокой пропускной способностью. Физ. Ред. 4 , 011019 (2014 г.).

    КАС Статья Google Scholar

  • 116.

    Чо, Дж. и др. Электрохимически регулируемая теплопроводность оксида лития-кобальта. Нац. коммун. 5 , 4035 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 117.

    Tomko, J.A. et al. Настраиваемый тепловой перенос и обратимое переключение теплопроводности в топологически объединенных в сеть биоматериалах. Нац. нанотехнологии. 13 , 959–964 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 118.

    Ihlefeld, J.F. et al. Перестраиваемая фононная теплопроводность при комнатной температуре через реконфигурируемые интерфейсы в тонких сегнетоэлектрических пленках. Нано Летт. 15 , 1791–1795 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 119.

    Shin, J. et al. Световое переключение теплопроводности в азобензольных полимерах. Проц. Натл акад. науч. США 116 , 5973–5978 (2019).

    КАС Статья Google Scholar

  • 120.

    Лу, К. и др. Двунаправленная настройка теплового транспорта в SrCoO x с электрохимически индуцированными фазовыми переходами. Нац. Матер. 19 , 655–662 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 121.

    Менихарт, К. и Крарти, М. Потенциальная экономия энергии за счет применения материалов динамической изоляции для жилых зданий в США. Стр. Окружающая среда. 114 , 203–218 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 122.

    Хао, М., Ли, Дж., Парк, С., Моура, С. и Дамес, К. Эффективное управление температурой литий-ионных аккумуляторов с пассивным межфазным терморегулятором на основе сплава с памятью формы . Нац. Энергия 3 , 899–906 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 123.

    Лио, Х.-К. и другие. Теплопроводность материала с фазовым переходом Ge 2 Sb 2 Te 5 . Заяв. физ. лат. 89 , 151904 (2006 г.).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 124.

    Caccia, M. et al. Металлокерамические композиты для теплообменников солнечных электростанций. Природа 562 , 406–409 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 125.

    Глассбреннер, К.Дж. и Слэк, Г.А. Теплопроводность кремния и германия от 3°К до точки плавления. Физ. Ред. 134 , A1058–A1069 (1964).

    Артикул Google Scholar

  • 126.

    Allen, P.B., Feldman, J.L., Fabian, J. & Wooten, F. Диффузоны, локоны и пропагоны: характер колебаний атомов в аморфном Si. Филос. Маг. B 79 , 1715–1731 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 127.

    Помпе, Г.и Хегенбарт, Э. Теплопроводность аморфного кремния при низких температурах. Физ. Status Solidi B 47 , 103–108 (1988).

    Артикул Google Scholar

  • 128.

    Кэхилл Д.Г., Фишер Х.Е., Клитснер Т., Шварц Э.Т. и Пол Р.О. Теплопроводность тонких пленок: измерения и понимание. Дж. Вак. науч. Технол. А 7 , 1259–1266 (1989).

    КАС Статья Google Scholar

  • 129.

    Кэхилл, Д. Г., Катияр, М. и Абельсон, Дж. Р. Теплопроводность тонких пленок a -Si:H. Физ. B 50 , 6077–6081 (1994).

    КАС Статья Google Scholar

  • 130.

    Макгоги, А.Дж.Х., Джейн, А. и Ким, Х.-Ю. Фононные свойства и теплопроводность из первых принципов, динамики решетки и уравнения переноса Больцмана. J. Appl. физ. 125 , 011101 (2019).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 131.

    Шиоми Дж., Эсфарджани К. и Чен Г. Теплопроводность полугейслеровых соединений на основе расчетов из первых принципов. Физ. B 84 , 104302 (2011).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 132.

    Johnson, J.A. et al. Прямое измерение недиффузионного переноса тепла при комнатной температуре на микронные расстояния в кремниевой мембране. Физ. Преподобный Летт. 110 , 025901 (2013).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 133.

    Hu, Y., Zeng, L., Minnich, A.J., Dresselhaus, M.S. & Chen, G. Спектральное картирование теплопроводности через наноразмерный баллистический перенос. Нац. нанотехнологии. 10 , 701–706 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 134.

    Чен, К. и др. Сверхвысокая теплопроводность в обогащенном изотопами кубическом нитриде бора. Наука 367 , 555–559 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 135.

    Morelli, D.T. & Slack, G.A. в материалах с высокой теплопроводностью (ред. Shindé, S.L. & Goela, J.S.) Ch. 2, 37–68 (Спрингер, 2005).

  • 136.

    Dames, C. Подтверждена сверхвысокая теплопроводность арсенида бора. Наука 361 , 549–550 (2018).

    КАС Статья Google Scholar

  • 137.

    Гири, А. и Хопкинс, П. Достижение лучшего теплопроводности. Нац. Матер. 19 , 481–490 (2020).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 138.

    Канг, Дж. С., Ву, Х. и Ху, Ю. Тепловые свойства и характеристика фононного спектра синтетического фосфида бора для применений с высокой теплопроводностью. Нано Летт. 17 , 7507–7514 (2017).

    КАС Статья Google Scholar

  • 139.

    Qian, X., Jiang, P. & Yang, R. Анизотропная теплопроводность карбида кремния 4H и 6H, измеренная с использованием коэффициента теплового отражения во временной области. Матер. Сегодня физ. 3 , 70–75 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 140.

    Кафф, Дж.и другие. Реконструкция вклада длины свободного пробега фононов в теплопроводность с использованием наноразмерных мембран. Физ. Ред. B 91 , 245423 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 141.

    Лю В. и Ашеги М. Измерения теплопроводности ультратонких слоев монокристаллического кремния. Дж. Тепло. Трансф. 128 , 75–83 (2006).

    КАС Статья Google Scholar

  • 142.

    Ашеги, М., Леунг, Ю. К., Вонг, С. С. и Гудсон, К. Э. Рассеяние фононов на границах в тонких слоях кремния. Заяв. физ. лат. 71 , 1798–1800 (1997).

    КАС Статья Google Scholar

  • 143.

    Goodson, K.E. & Ju, Y.S. Теплопроводность в новых электронных пленках. год. Преподобный Матер. науч. 29 , 261–293 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 144.

    Ли, Д. и др. Теплопроводность отдельных кремниевых нанопроволок. Заяв. физ. лат. 83 , 2934–2936 (2003).

    КАС Статья Google Scholar

  • 145.

    Dames, C. & Chen, G. Теоретическая фононная теплопроводность нанопроводов сверхрешетки Si/Ge. J. Appl. физ. 95 , 682–693 (2004).

    КАС Статья Google Scholar

  • 146.

    Чой, К.Л., Вонг, Ю.В., Ян, Г.В. и Канамото, Т. Модуль упругости и теплопроводность сверхвытянутого полиэтилена. Дж. Полим. науч. B 37 , 3359–3367 (1999).

    КАС Статья Google Scholar

  • 147.

    Пиро Л., Кинани-Алауи М., Исси Дж. П., Бегин Д. и Бийо Д. Теплопроводность ориентированной полиацетиленовой пленки. Твердотельный коммуник. 79 , 427–429 (1989).

    Артикул Google Scholar

  • 148.

    Андерсон П. В., Гальперин Б. И. и Варма К. М. Аномальные низкотемпературные тепловые свойства стекол и спиновых стекол. Филос. Маг. 25 , 1–9 (1972).

    КАС Статья Google Scholar

  • 149.

    Кэхилл Д., Уотсон С. и Пол Р. Нижний предел теплопроводности неупорядоченных кристаллов. Физ. Ред. B 46 , 6131–6140 (1992).

    КАС Статья Google Scholar

  • 150.

    Wang, X., Liman, C.D., Treat, N.D., Chabinyc, M.L. & Cahill, D.G. Сверхнизкая теплопроводность производных фуллерена. Физ. Ред. B 88 , 075310 (2013).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 151.

    Чен З.& Dames, C. Анизотропная модель минимальной теплопроводности. Заяв. физ. лат. 107 , 193104 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 152.

    Giannozzi, P., de Gironcoli, S., Pavone, P. & Baroni, S. Ab initio расчет дисперсии фононов в полупроводниках. Физ. Ред. B 43 , 7231–7242 (1991).

    КАС Статья Google Scholar

  • 153.

    Ziman, JM Электроны и фононы: теория явлений переноса в твердых телах (Oxford Univ. Press, 2001).

  • 154.

    Дебернарди, А., Барони, С. и Молинари, Э. Время жизни ангармонических фононов в полупроводниках из теории возмущений, зависящих от плотности. Физ. Преподобный Летт. 75 , 1819–1822 (1995).

    КАС Статья Google Scholar

  • 155.

    Ли, В., Каррете, Дж., А. Катчо, Н. и Минго, Н. ShengBTE: решатель уравнения переноса Больцмана для фононов. Вычисл. физ. коммун. 185 , 1747–1758 (2014).

    КАС Статья Google Scholar

  • 156.

    Yang, F. & Dames, C. Спектр среднего свободного пробега как инструмент для понимания теплопроводности объемных и наноструктур. Физ. B 87 , 035437 (2013).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 157.

    Dames, C. & Chen, G. в Thermoelectrics Handbook: Macro to Nano (изд. Rowe, DM) Ch. 42 (Тейлор и Фрэнсис, 2006 г.).

  • 158.

    Эсфарджани, К., Чен, Г. и Стоукс, Х. Т. Теплоперенос в кремнии на основе расчетов из первых принципов. Физ. Ред. B 84 , 085204 (2011).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 159.

    Ли С., Бройдо Д., Эсфарджани К. и Чен Г.Гидродинамический перенос фононов в подвешенном графене. Нац. коммун. 6 , 6290 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 160.

    Cepellotti, A. et al. Фононная гидродинамика в двумерных материалах. Нац. коммун. 6 , 6400 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 161.

    Минго, Н., Хаузер, Д., Кобаяши, Н. П., Плиссонье, М. и Шакури, А. Подход «наночастицы в сплаве» к эффективным термоэлектрикам: силициды в SiGe. Нано Летт. 9 , 711–715 (2009).

    КАС Статья Google Scholar

  • 162.

    Тадано, Т. и Цунеюки, С. Самосогласованные фононные расчеты динамических свойств решетки в кубическом SrTiO 3 с ангармоническими силовыми константами из первых принципов. Физ.Ред. B 92 , 054301 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 163.

    Ляо, Б. и др. Значительное снижение теплопроводности решетки за счет электрон-фононного взаимодействия в кремнии с высокой концентрацией носителей заряда: исследование первых принципов. Физ. Преподобный Летт. 114 , 115901 (2015).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 164.

    Чжоу, Дж. и др. Ab initio оптимизация эффекта фононного увлечения для низкотемпературного термоэлектрического преобразования энергии. Проц. Натл акад. науч. США 112 , 14777–14782 (2015).

    КАС Статья Google Scholar

  • 165.

    Кэхилл, Д. Г. и Пол, Р. О. Теплопроводность аморфных твердых тел над плато. Физ. Ред. B 35 , 4067–4073 (1987).

    КАС Статья Google Scholar

  • 166.

    Dames, C. Измерение теплопроводности тонких пленок: 3 омега и родственные электротермические методы. год. Преподобный Тепло. Трансф. 16 , 7–49 (2013).

    Артикул Google Scholar

  • 167.

    Кэхилл, Д. Г. Анализ теплового потока в слоистых структурах для теплового отражения во временной области. Rev. Sci. Инструм. 75 , 5119–5122 (2004).

    КАС Статья Google Scholar

  • 168.

    Шмидт, А. Дж., Чеайто, Р. и Кьеза, М. Метод термоотражения в частотной области для характеристики тепловых свойств. Rev. Sci. Инструм. 80 , 094901 (2009).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 169.

    Мазнев А. А., Джонсон Дж. А. и Нельсон К. А. Начало недиффузионного переноса фононов при переходном распаде тепловой решетки. Физ. B 84 , 195206 (2011).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 170.

    Jiang, P., Qian, X. & Yang, R. Учебное пособие: термоотражение во временной области (TDTR) для характеристики тепловых свойств объемных и тонкопленочных материалов. J. Appl. физ. 124 , 161103 (2018).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 171.

    Цянь X., Дин З., Шин Дж., Шмидт А. Дж.и Чен, Г. Точное измерение плоскостной теплопроводности слоистых материалов без преобразователя с металлической пленкой с использованием теплового отражения в частотной области. Rev. Sci. Инструм. 91 , 064903 (2020).

    КАС Статья Google Scholar

  • 172.

    Koh, Y.K. & Cahill, D.G. Частотная зависимость теплопроводности полупроводниковых сплавов. Физ. Ред. B 76 , 075207 (2007).

    Артикул КАС Google Scholar

  • 173.

    Hua, C., Chen, X., Ravichandran, N.K. & Minnich, A.J. Экспериментальная метрология для получения тепловых коэффициентов передачи фононов на твердотельных границах раздела. Физ. B 95 , 205423 (2017).

    Артикул Google Scholar

  • 174.

    Ляо Б., Мазнев А. А., Нельсон К. А. и Чен Г. Фотовозбужденные носители заряда подавляют субтерагерцовую фононную моду в кремнии при комнатной температуре. Нац. коммун. 7 , 13174 (2016).

    КАС Статья Google Scholar

  • 175.