Коэффициент теплопроводности

Одной из основных характеристик теплоизоляционных материалов является теплопроводность. Почти у всех есть понимание, что чем она меньше, тем лучше. Но что означает этот термин и что он нам дает? Как сравнить два типа изоляции, используя этот параметр? Предлагаем разобраться

Что такое коэффициент теплопроводности?

Согласно определения в своде правил СП 61.13330.2012:

Само понятие возникло во второй половине XIX века, свойство теплопроводности определяет способность материалов передавать тепловую энергию от более горячего тела к более холодному.

Что такое теплопроводность?

В свою очередь теплопроводность — способность материалов проводить тепловую энергию от более нагретых частей к менее нагретым путём хаотического движения частиц тела. Процесс теплообмена может протекать в любых телах с неоднородным распределением температуры, при этом механизм передачи тепла будет зависеть от агрегатного состояния веществ.

Формула коэффициента теплопроводности

Коэффициент λ (лямбда) определяется по следующей формуле: λ = λо*(1-b(T-To)), где λо - значение коэффициента теплопроводности при температуре To, b - постоянная, определяющаяся опытным путем.

Единицы измерения теплопроводности по системе СИ - Вт/м*К

От чего зависит коэффициент?

При изучении данной характеристики было определено, что существует зависимость коэффициента теплопроводности от температуры и других параметров:

• параметров состояния - температуры, давления
• химический состав: такие материалы как металлы - алюминий и медь, обладают высокой теплопроводностью из-за свободно движущихся электронов, которые легко передают тепло
• структура - в пористых материалах воздушные пространства между частицами снижают теплопроводность
• плотность, чаще всего чем выше плотность, тем более высокой теплопроводностью обладает материал

При изменении данных свойств и параметров меняется и теплопроводность.

Обозначение λ₀ определяет коэффициент теплопроводности, который получен при испытаниях при температуре 0 °С. При этом температура является среднеарифметическим значением от: (температура на внешней поверхности изоляционного материала + температура на изолируемой поверхности)/2.

По аналогии λ₂₀ - это коэффициент полученный при проведении замеров при температуре 20 °С.

Чтобы рассчитать теплосопротивление слоя нужно его толщину в метрах разделить на коэффициент теплосопротивления материалов, из которых он выполнен.

Как это использовать на практике?

Данная характеристика позволяет определить возможность использования теплоизоляции в определенных условиях. Кроме того, Вы можете сравнивать различные виды теплоизоляционных материалов и выбирать наиболее подходящий.

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов (таблица)

В чём измеряется теплопроводность

Теплопроводность измеряется в различных единицах в зависимости от системы единиц, которая используется в конкретной стране или отрасли науки. В Международной системе единиц (СИ) коэффициент теплопроводности измеряется в ваттах на метр на кельвин (Вт/м·К) или иногда в милливаттах на метр на градус Цельсия (мВт/м·°C).

Единицы СИ широко применяются в научных и инженерных расчетах, а также в строительстве и промышленности. Иногда в различных странах и отраслях могут использоваться другие системы единиц, и в этом случае коэффициент теплопроводности может быть измерен в других единицах, например, в калориях в час на метр на градус Цельсия (кал/ч·м·°C)

Существует несколько методов для измерения теплопроводности материалов. Один из наиболее распространенных методов - метод плоской стенки или плоской пластины. В этом методе материал образца располагается между двумя плоскими стенками или пластинами, одна из которых поддерживается при постоянной температуре, а другая нагревается. Затем измеряется количество тепла, передающегося через образец, и рассчитывается его коэффициент теплопроводности.

Другие методы включают использование тепловых потоков, таких как метод "горячей проволоки" или метод "горячей пластины", где тепловой источник нагревает образец, и измеряется температурный градиент и тепловой поток через образец.

Коэффициент теплопроводности строительных материалов

При подборе теплоизоляции для рационального использования ресурсов, учитываются материалы оснований и их теплопроводность. Вот данные для некоторых строительных материалов:

Правильно ли сравнивать только по λ?

Прежде всего стоит сравнивать показатели, определенные при одной температуре. Существуют различные стандарты определения коэффициента. Могут отличаться "стандартные тепловые режимы": согласно ГОСТ 7076-99 показатель определяется при 25 °С, а при использовании европейского стандарта EN 12667:2001, нормой является 10 °С.

Также учитывайте планируемые условия эксплуатации материала: влажность, возможное воздействие пара, наличие критических перепадов температуры и так далее.

Измерение теплопроводности является важной процедурой при разработке и характеристике различных материалов, включая изоляционные материалы, строительные материалы, металлы и полимеры. Эти данные помогают инженерам и научным исследователям оптимизировать свойства материалов для конкретных применений, таких как улучшение энергоэффективности зданий или разработка новых теплоизоляционных материалов.