Как выбрать теплоизоляционный материал, который Вам нужен? Для этого надо понимать как работает теплоизоляция, а для этого немного погрузимся в науку.
Теплоизоляционные материалы. Введение
Теплоизоляционные материалы – это строительные материалы и изделия, которые обладают малой теплопроводностью, предназначены для:
- Тепловой защиты зданий;
- Для технической изоляции (для изоляции различных инженерных систем, например труб);
- Защита от нагревания (теплоизоляция холодильных камер).
Существуют три вида теплопередачи:
Теплопроводность, конвекция и излучение.
Три вида теплопередачи
Теплопроводность – это перенос тепла за счет движения молекул. Теплоизоляционные материалы замедляют движение молекул. Но остановить это движение совсем невозможно. Наилучший коэффициент теплопроводности –это теплопроводность сухого воздуха (неподвижного) составляет 0,023 Вт/(м*С), другими словами молекулы медленнее всего движутся в сухом воздухе. Поэтому, при производстве строительных материалов используют основной принцип – удержание воздуха в порах или ячейках материала. И следовательно, чем ниже коэффициент теплопроводности – тем лучше теплоизоляция. Так что , как правило, теплоизоляционные материалы — это правильно упакованный воздух.
Вот так выглядят при увеличении теплоизоляционные материалы:
Как видно на фотографиях, сам материал (стенки ячеек или волокна) занимает минимум места, главная их задача «задержать» воздух.
Материалы, имеющие очень низкий коэффициент теплопроводности, называют теплоизоляторами. Если теплоизоляция применяется для удержания тепла внутри изолируемого объекта, такие материалы могут называться утеплителями. Но сейчас уже никто не разграничивает эти два понятия. Теплоизоляцию называют утеплителем и наоборот.
И также существует отражающая теплоизоляция, которая сохраняет тепло за счёт отражения инфракрасного «теплового» излучения. О ней расскажу отдельно, после обзора основных материалов.
Основные характеристики теплоизоляционных материалов
Основной характеристикой является теплопроводность.
Коэффициент теплопроводности λ — характеризует теплопроводность материала, он равен количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 10°С. Измеряется в Вт/(м*К) или Вт/(м*С). Теплопроводность зависит от влажности материала (вода проводит тепло в 25 раз лучше, чем воздух, то есть материал не будет выполнять свою теплоизолирующую функцию, если он мокрый) и его температуры., химического состава материала, структуры, пористости.
Пористость — доля объема пор в общем объеме материала. Для теплоизоляции пористость начинается от 50% и до 90…98% (например, у ячеистых пластмасс). Она определяет основные свойства теплоизоляции: плотность, теплопроводность, прочность, газопроницаемость и др. Важно равномерное распределение воздушных пор в материале и характер пор. Поры бывают открытые, закрытые, крупные, мелкие.
Кроме этого, важны и другие характеристики :
Плотность — отношение массы материала к занимаемому ним объему, кг/м3 .
Паропроницаемость — величина, численно равная количеству водяного пара в миллиграмах, которое проходит за 1 час через слой материала площадью 1 кв м и толщиной 1 м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинакова, а разность парциального давления водяного пара равняется 1 Па.
Влажность — содержание влаги в материале. Очень важной характеристикой является сорбционная влажность (равновесная гигроскопическая влажность материала, при различной температуре и относительной влажности воздуха).
Водопоглощение — это способность материала впитывать и удерживать в порах влагу при прямом контакте с водой. Определяется количеством воды, поглощаемым материалом с нормальной влажностью когда он находиться в воде, к массе сухого материала.
Значительно снизить водопоглощение минеральной ваты помогает гидрофобизация ( вводят специальные добавки, отталкивающие влагу)
Биостойкость — способность материала противостоять действию микроорганизмов, грибков и некоторых видов насекомых. Микроорганизмы живут там, где есть влага, поэтому для повышения биостойкости теплоизоляция должна быть водостойкой.
Огнестойкость — способность конструкций в течение определенного времени выдерживать без разрушения воздействие высоких температур. Подробнее об этом в документе ПОЖЕЖНА БЕЗПЕКА ОБ’ЄКТІВ БУДІВНИЦТВА ДБН В.1.1.7–2002.
Показатели пожарной безопасности — горючесть (Г), воспламеняемость (В), распространение пламени на поверхности (РП), дымообразующая способность (Д) и токсичность продуктов горения (Т). Подробно это описано в статье Как выбрать и купить качественный утеплитель.
Прочность – предел прочности при сжатии колеблется от 0,2 до 2,5 МПа. Если прочность при сжатии выше 5 МПа, то материалы называют теплоизоляционно-конструктивными и используют для несущих ограждающих конструкций.
Предел прочности при изгибе (показатель для плит, скорлуп, сегментов) и предел прочности при растяжении (для матов, войлока и т. п.) нужны для того, чтобы определить достаточна ли прочность для сохранности материала при транспортировании, складировании, монтаже.
Температуростойкость – это температура, выше которой материал изменяет свою структуру, теряет механическую прочность и разрушается, а органические материалы могут загораться.
Теплоемкость – это количество теплоты, аккумулированное теплоизоляцией, кДж/(кг°С). Важная характеристика в условиях частых теплосмен.
Морозостойкость – способность выдерживать многоразовое изменение температур от стадии замораживания до стадии оттаивания попеременно, без видимых признаков нарушения структуры.
Виды теплоизоляционных материалов можно разделить на некоторые группы.
Неорганические материалы и изделия (волокнистые теплоизоляционные материалы) Минеральная вата
Любой волокнистый утеплитель, получаемый из минерального сырья ( мергелей, доломитов, базальтов и др.) Минеральная вата высокопористая (до 95% объема занимают воздушные пустоты), поэтому у нее высокие теплоизоляционные свойства. Вот эту схемка поможет Вам разобраться в названиях материалов:
Волокно, которое получают из расплава, скрепляется в изделие с помощью связующего, (чаще всего это фенолформальдегидная смола). Есть изделия, которые называются прошивные маты – в них материал зашивается в стеклоткань и прошивается нитками.
Таблица 1. Виды теплоизоляционных изделий и их характеристики
Минеральная вата занимает одно из первых мест среди теплоизоляции, связано это с доступностью сырья для ее производства, несложной технологией получения, и как следствие — доступной ценой. О ее теплопроводности сказано выше, отмечу следующие ее достоинства:
- Не горит;
- Мало гигроскопична ( при попадании влаги тут же ее отдает, главное — обеспечить вентиляцию);
- Гасит шум;
- Морозостойкая;
- Стабильность физических и химических характеристик;
- Длительный срок эксплуатации.
Недостатки:
- При попадании влаги теряет теплоизолирующие свойства.
- Требует пароизоляционной и гидроизоляционной пленки при монтаже.
- Уступает по прочности (например, пеностеклу).
Маты и плиты из базальтовой ваты
• Высокие теплоизолирующие свойства;
• Выдерживает высокие температуры, не теряя теплоизолирующие свойства;
Таблица 2. Применение базальтовой ваты и ценообразование
За основу брались средние цены на вату европейского производства.
Производят ее из волокна, которое получают из того же сырья, что и стекло (кварцевый песок, известь, сода).
Выпускают в виде рулонных материалов, плит и скорлуп (для трубной изоляции). В целом ее достоинства такие же (см. минеральная вата). Она прочнее базальтовой ваты, лучше гасит шум.
Недостаток температуростойкость стекловаты 450°С, ниже, чем у базальтовой (речь идет о самой вате, без связующего). Эта характеристика важна для технической изоляции.
Таблица 3. Характеристика стекловаты и ее ценообразование
За основу брались средние цены на стекловату европейского производства.
Пеностекло (ячеистое стекло)
Производят его путем спекания стеклянного порошка с газообразователями ( например известняком). Пористость материала 80-95%. Это обуславливает высокие теплоизоляционные свойства пеностекла.
Достоинства пеностекла:
- Очень прочный материал;
- Водостойкий;
- Несгораемый;
- Морозостойкий;
- Легкий при механической обработке, в него даже можно вбивать гвозди;
- Срок его службы практически неограниче;
- Его «не любят» грызуны
- Оно биологически стойкое и химически нейтральное.
Паронепроницаемость пеностекла — так как оно не «дышит» , это нужно учитывать, при обустройстве вентиляции. Также его «минус» это цена, оно дорогое. Поэтому оно и применяется в основном на промышленных объектах для плоских кровель (там где нужна прочность, и где оправдываются денежные затраты на такую теплоизоляцию). Выпускают в виде блоков и плит.
Таблица 4. Характеристика пеностекла
Кроме перечисленных материалов, есть еще целый ряд материалов, которые также относят к данной группе материалов неорганических теплоизоляционных материалов.
Теплоизоляционные бетоны бывают: газонаполненные (пенобетон, ячеистый бетон, газобетон) и на основе легких заполнителей (керамзитобетон, перлитобетон, полистиролбетон и т.п.).
Засыпная теплоизоляция (керамзит, перлит, вермикулит ). Отличается высоким водопоглощением, неустойчива к вибрации, может дать усадку со временем, что приводит к образованию пустот, требует высоких затрат при монтаже. У нее есть и плюсы, например: керамзит обладает высоким уровнем морозоустойчивости и прочности. Стоимость керамзита — 350 грн/м3.
Теплоизоляционные материалы и изделия из различного растительного сырья Целлюлозная вата
Целлюлозная вата— это древесноволокнистый материал, мелкозернистой структуры (например, Эковата). Состоит на 80% из древесного волокна и на 12% антипирена (борной кислоты) и на 7% из антисептика (буры). Методы укладки материала: мокрый и сухой. При мокром способе вату выдувают, что требует спец. установки. Выдувают ее во влажном состоянии . В ее волокнах находится вещество пектин, который обладает клейкостью при увлажнении. За счет этого вата и образует покрытие.
Сухой способ: можно использовать установку или просто ручная укладка. Просто засыпается вата и трамбуется до необходимой плотности.
Таблица 5. Характераристика целлюлозной ваты и ее ценообразование
Преимущества:
- Низкая цена;
- Монолитность (сплошной) теплоизоляционного слоя, и как следствие нет «мостиков холода»;
- Безопасна при производстве и монтаже;
- Хорошая теплоизолирующая способность;
- Наносится методом «напыления» это позволяет заизолировать самые углубления и зазоры, возможно утеплять неровные поверхности;
- Не нуждается в пароизоляции (она впитывает влагу и отдает, без ухудшения теплоизолирующих свойств, и влага не попадает на другие части конструкций).
Примечание: насчет «не нуждается в пароизоляции»,- это не совсем так. Так заявляет производитель, но в жизни всё зависит от конструкции утепления. Например, в стене каркасного дома пароизоляция обязательна. Так что, лучше задавайте вопросы по конкретной конструкции, и нужно будет решать, какие слои там нужны.
Недостатки:
- Все-таки это материал в основном из древисины, горючий материал;
- Более трудоемкая в укладке;
- Низкая прочность на сжатие (не подходит для «плавающих» полов).
Древесноволокнистые(ДВП) и древесностружечные плиты (ДСП)
Листы ДСП и ДВП
При их производстве в основном используют древесные отходы, которые пропитывают синтетическими смолами или маслами, после чего их термически обрабатывают.
Существуют следующие виды ДВП: твердые, полутвердые, сверхтвердые, изоляционные, изоляционно-отделочные и мягкие.
Мягкие и используют как теплоизоляцию. Применяют для облицовки каркасных перегородок, стен и потолков зданий, как подкладочный материал под паркет. Они применяется для временных сооружений.
- Плотность — 250 кг/м3;
- Предел прочности при изгибе МПа – не менее 1,2;
- Водопоглощение за 2 часа, % — не более 30;
- Теплопроводность — Вт/м°C — не более 0,07;
- Древесностружечные плиты(ДСП);
- Плотность — 250 кг/м3;
- Предел прочности при изгибе МПа – не менее 5;
- Водопоглощение за 2 часа, % — не более 80;
- Теплопроводность — Вт/м°C — не более 0,058;
- Цены около 50 грн за м.кв.
Достоинства: применение плит ускоряет и удешевляет строительство. Дешевые.
Недостатки: Их нужно защищать от увлажнения и грызунов, насекомых, микроорганизмов. Горят.
Теплоизоляция из пробки
Производят из коры пробкового дуба. Отличительные черты – материал экологичный, легкий, прочный на сжатие и изгиб, не поддается усадке и гниению. Материал легко режется (удобно работать с ним). Пробка химически инертна и долговечна (до 50 лет и более). Существуют: черный (чистый) и агломерат (агломерат — спекшиеся гранулы) — производится из пробковых гранул, скрепленных между собой суберином (натуральной смолой, также входящей в состав пробки) . При производстве агломерата не применяют синтетических веществ и материалов.
Белый агломерат агломерат производится из измельченной пробковой коры, которую прессуют при высокой температуре. В качестве связующего вещества здесь может выступать органический клей, смолы или желатин.
Материалы из пробки не горят, а только тлеют (при наличии источника открытого огня). Поэтому их обрабатывают составами, чтобы они были негорючими. При тлении пробка не выделяет вредных веществ.
В качестве теплоизоляции в основном применяют плиты толщиной 25-50 мм. Температура применения не выше 120°С.
Таблица 6. Характеристика пробкового теплоизоляционного материала
Цена — черный агломерат толщина 30 мм – 140 грн м2;
Цена — белый агломерат толщина 30 мм – 70 грн м2.
Полимерная теплоизоляция (Пенопласт)
Так называют не один материал, а целое семейство теплоизоляции. Кратко хочу сказать, что они бывают жесткими, полужесткими и эластичными , также деляться они на:
Термопластичные, размягчающиеся при повторных нагреваниях:
- пенополистиролы (ПС);
- пенополивинилхлориды (ПВХ).
Термонепластичные, отвердевающие при первом цикле нагревания и не размягчающиеся при повторных нагреваниях:
- пенополиуретаны (ПУ);
- материалы на основе фенольно-формальдегидных (ФФ);
- эпоксидных (Э) и кремнийорганических (К) смол.
Существует два метода производства – беспрессовый и прессовый. Внешне практически ничем не отличаются. Структура материала – это маленькие, скрепленные между собой шарики. Материал, произведенный прессовым способом более распространен. Обозначается он как ПС. Беспрессовый обозначается как ПСБ.
Достоинства:
- Прочный;
- Высокие теплоизолирующие свойства;
- Низкое водопоглощение;
- Недорогой;
- Удобен в работе;
- Практически не имеет нижней тепературной границы применения (поэтому подходит для холодильников).
Недостатки:
- Все таки влага проникает в материал , при замораживании, вода разрушает его структуру;
- Горючий;
- Подвержены деструкции от солнца (желтеют и распадаются);
- Не «дышит».
Пенополиуретан получают при реакции двух жидких компонентов (изоционата и полиола), – в результате которой образуются микрокапсулы, заполненные воздухом. Если ингредиенты (изоционат и полиол) смешиваются воздухом, то образуется мелкодисперсная аэрозоль, которая наносится на поверхность. Этот процесс называется напыление пенополиуретана.
Достоинства:
- Возможность утеплять неровные поверхности;
- Нет стыков (сплошная изоляция);
- Экономит время монтажа;
- Широкий диапазоне температур применения (от -250°С до +180°С);
- Материал биологически нейтрален, устойчив к микроорганизмам, плесени, гниению;
- Высокоэластичный материал.
Недостатки:
- Горючий, при горении выделяет токсичные вещества;
- Требует специальной установки для задувки;
- Не «дышит».
Свое название получил из за метода, которым его производят (экструзия). Имеет прочную, цельную микроструктуру, представляющую собой закрытые ячейки, заполненных газом (воздухом). Ячейки непроницаемы, потому что, в отличие от пенопласта, не имеют микропор, следовательно, проникновение газа и воды из одной ячейки в другую невозможно.
Достоинства:
- Прочнее пенопласта;
- Самый низкий показатель водопоглощения;
- Долговечность, не разрушается под действием солнца, атмосферных осадков;
- Низкая теплопроводность;
- Инертность (не вступает в реакцию с большинством веществ);
- Нетоксичный.
Недостатки:
- Горючий;
- Не «дышит».
Таблица 7. Характеристика экструдированного пенополистирола различной толщины
Таблица 8. Характеристика вспененного каучука
Техническая изоляция на основе каучука (эластомера), проще резины. Производят в виде трубок и листов.
Техническая изоляция на основе полиэтилена. Производят также в виде трубок и листов. Также как техническая изоляция применяется базальтовая вата.
Анализ основных особенностей каучука, полиэтилена и минеральной ваты
Таблица 9. Сравнительная таблица характеристик теплоизоляционных материалов
Изготавливается из вспененного полиэтилена и алюминиевой фольги.
Применяется для:
- жилых, промышленных зданий;
- бань и саун;
- холодильных камер;
- изоляция технологического оборудования в промышленности;
- изоляция трубопроводов системы отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования;
- для транспорта (автомобили, и др.);
- дополнение к основному утеплению.
Таблица 10. Технические характеристики отражающей теплоизоляции
Динамический модуль упругости (под нагрузкой 2-5 кПа), МПа
Коэффициент паропроницаемости, мг/мчПа
Коэффициент теплоусвоения (при периоде 24 ч), Вт/м·ºС
Достоинства:
- Отличные теплоизоляционные свойства, за счет отражения лучистой энергии повышает тепловое сопротивление конструкции, без увеличения ее объёма.
- Отличная пароизоляция.
- Снижение структурного шума.
- Стойкость к корозии, воздействию УФ-излучения, масло- бензо- стоек, не подвержен гниению.
- Долговечность материала до 100 лет при сохранении своих свойств.
- Удобство монтажа.
Недостатки:
- Работает только при наличии воздушной прослойки, важен правильный монтаж.
- Лучше теплоизолирует в жаркую погоду, чем в холодную (поэтому широко распространена в жарких странах).
- Не всегда есть нужная толщина изоляции, складывать толщину из 2х слоев экономически не эффективно, выгоднее скомбинировать с ватой.
- Стоимость 10–20 грн м2.
В этой статья я перечислила самые популярные материалы на сегодняшний день. Есть много материалов, которые уже устарели. Постоянно появляются новые технологии и материалы. Как видно, выбор их большой, и это не случайно. Нет плохих или хороших материалов. Каждый материал хорош по своему, и выбор его зависит от:
- доступности материала;
- условий, при которых будет осуществляться монтаж;
- цены (сколько Вы готовы потратить на утепление);
- скорости монтажа (насколько Вам срочно нужно сделать работы);
- есть ли у Вас бригада, которая может произвести качественно работы и т.п.
Внимание: Цены актуальны для Украины и на 2009 год.
Теплоизоляционными, называют материалы, обладающие небольшой теплопроводностью и использующиеся для технической изоляции (например, труб отопления), изоляции зданий и защиты от нагрева (изоляция рефрижераторов и холодильных камер).
Перенос тепла осуществляется на основе трех физических процессов: излучения, теплопроводности и конвекции. Конвекция присуща жидкостям, газам и сыпучим веществам и осуществляется за счет переноса вещества (горячий воздух и вода всегда поднимаются вверх, а холодные опускаются вниз, за счет чего идет постоянное перемешивание и равномерный нагрев вещества). Излучение переносит тепло посредством лучистой энергии, по этому принципу солнце нагревает предметы и на нем же работают ИК-обогреватели. Но нас интересует третий тип процессов — теплопроводность. В этом случае нагревание происходит за счет движения молекул.
Хуже всего проводит тепло вакуум, но на Земле его применение сильно затруднено. Поэтому в качестве изолятора используют сухой воздух. Его теплопроводность в 25 раз ниже, нежели у воды. Следовательно, основные качества изоляционных утеплителей, которые нас интересуют — пористость (больше — лучше) и влагостойкость. Чем выше эти значения, тем эффективнее теплоизоляция. Но важны и такие качества как огнестойкость, плотность, паропроницаемость и морозостойкость.
Стекловата — производится из кварцевого песка и выпускается в рулонах, скорлупках и плитах. Она плохо поглощает и удерживает влагу, не горит, обладает звукоизоляционными свойствами, выдерживает множество циклов нагревания/заморозки, в связи с чем, используется как изолятор для кровли. Недостатки: необходима паро- и гидроизоляция, теплостойкость не выше 450 градусов.
Минеральная вата — представляет собой волокнистый утеплитель, для производства которого применяют какое-либо минеральное сырье (чаще всего базальты, доломиты или мергели). Характеристики — те же что и у стекловаты. От описанных выше изделий базальтовая вата отличается значительно более высокой теплостойкостью, из-за чего часто используется как изолятор для труб отопления. Кроме того, она является основанием для изготовления минеральных плит таких марок утеплителей минплита П-125, Изоруф, Изолайт и других.
Целлюлозная вата — материал, состоящий на 80 из древесного волокна, на 13% из борной кислоты и на 7% из антисептика. Укладывается мокрым и сухим способом. В первом случае она выдувается при помощи специального оборудования, во втором просто насыпается и трамбуется. Из достоинств: возможность заполнения любых полостей и пустот, невысокая цена, отсутствие мостиков холода. Однако он горючий и гораздо более трудоемок в укладке.
Газонаполненные виды бетона (газобетон, пенобетон) или бетон на основе легких наполнителей (керамзит, полистирол, перлит). Существенно уступают описанным материалам по уровню теплоизоляции, однако обладают лучшими звукоизоляционными свойствами и могут применяться в качестве строительных блоков.
Засыпная теплоизоляция, осуществляемая при использовании керамзита или перлита, обладает высокой прочностью и морозостойкостью, однако может давать усадку и хорошо поглощает влагу. Практически не используется в современном строительстве.
ДСП и ДВП. Используют в основном как облицовку для каркасных перегородок и потолков. ДСП может применяться как основание для настилки какого-либо полового покрытия (линолеум, ламинат, ковролин, паркет и пр.). Деревоплита относительно не дорогая и широко распространена, однако неустойчива к воздействию влаги и высоких температур, а также нуждается в защите от грызунов и прочих вредителей.
Пробка — экологически чистый материал, не подвержен гниению и горению, не дает усадки и удобен в работе.
Пенополистирол — производят методом экструзии, благодаря чему изделие не пропускает воду и воздух. Довольно прочный, плохо поглощает воду, имеет одно из самых низких значений теплопроводности, нетоксичен, инертен. Среди недостатков — горючесть и плохая воздухопроницаемость.
Отражающая теплоизоляция — основа из вспененного полиэтилена, с одной стороны покрыта алюминиевой фольгой. Принцип работы несколько иной, нежели у описанных выше материалов. Обычно такой тип теплоизоляции размещают позади труб отопления, чтобы предотвратить чрезмерное поглощение тепловой энергии стенами помещения и удержать тепло внутри помещения. Также применяется в качестве теплоизолятора для бань, саун и холодильных камер. Выбор конкретного типа изолятора зависит от условий его эксплуатации (в доме или на улице), экономических возможностей и навыков работы с тем или иным типом материала.
Последние годы при строительстве дома или его ремонте большое внимание уделяется энергоэффективности. При уже существующих ценах на топливо это очень актуально. Причем похоже что дальше экономия будет приобретать все большую важность. Чтобы правильно подобрать состав и толщин материалов в пироге ограждающих конструкций (стены, пол, потолок, кровля) необходимо знать теплопроводность строительных материалов. Эта характеристика указывается на упаковках с материалами, а необходима она еще на стадии проектирования. Ведь надо решить из какого материала строить стены, чем их утеплять, какой толщины должен быть каждый слой.
Что такое теплопроводность и термическое сопротивление
При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность. Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.
Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов
Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).
Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени
Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.
Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов
Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.
Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций
При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.
| В сухом состоянии | При нормальной влажности | При повышенной влажности | |
| Войлок шерстяной | 0,036-0,041 | 0,038-0,044 | 0,044-0,050 |
| Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3 | 0,036 | 0,042 | 0,,045 |
| Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3 | 0,035 | 0,041 | 0,044 |
| Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3 | 0,036 | 0,042 | 0,045 |
| Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3 | 0,037 | 0,043 | 0,0456 |
| Каменная минеральная вата 180 кг/м3 | 0,038 | 0,045 | 0,048 |
| Стекловата 15 кг/м3 | 0,046 | 0,049 | 0,055 |
| Стекловата 17 кг/м3 | 0,044 | 0,047 | 0,053 |
| Стекловата 20 кг/м3 | 0,04 | 0,043 | 0,048 |
| Стекловата 30 кг/м3 | 0,04 | 0,042 | 0,046 |
| Стекловата 35 кг/м3 | 0,039 | 0,041 | 0,046 |
| Стекловата 45 кг/м3 | 0,039 | 0,041 | 0,045 |
| Стекловата 60 кг/м3 | 0,038 | 0,040 | 0,045 |
| Стекловата 75 кг/м3 | 0,04 | 0,042 | 0,047 |
| Стекловата 85 кг/м3 | 0,044 | 0,046 | 0,050 |
| Пенополистирол (пенопласт, ППС) | 0,036-0,041 | 0,038-0,044 | 0,044-0,050 |
| Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS) | 0,029 | 0,030 | 0,031 |
| Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3 | 0,14 | 0,22 | 0,26 |
| Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3 | 0,11 | 0,14 | 0,15 |
| Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3 | 0,15 | 0,28 | 0,34 |
| Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3 | 0,13 | 0,22 | 0,28 |
| Пеностекло, крошка, 100 — 150 кг/м3 | 0,043-0,06 | ||
| Пеностекло, крошка, 151 — 200 кг/м3 | 0,06-0,063 | ||
| Пеностекло, крошка, 201 — 250 кг/м3 | 0,066-0,073 | ||
| Пеностекло, крошка, 251 — 400 кг/м3 | 0,085-0,1 | ||
| Пеноблок 100 — 120 кг/м3 | 0,043-0,045 | ||
| Пеноблок 121- 170 кг/м3 | 0,05-0,062 | ||
| Пеноблок 171 — 220 кг/м3 | 0,057-0,063 | ||
| Пеноблок 221 — 270 кг/м3 | 0,073 | ||
| Эковата | 0,037-0,042 | ||
| Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3 | 0,029 | 0,031 | 0,05 |
| Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3 | 0,035 | 0,036 | 0,041 |
| Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3 | 0,041 | 0,042 | 0,04 |
| Пенополиэтилен сшитый | 0,031-0,038 | ||
| Вакуум | 0 | ||
| Воздух +27°C. 1 атм | 0,026 | ||
| Ксенон | 0,0057 | ||
| Аргон | 0,0177 | ||
| Аэрогель (Aspen aerogels) | 0,014-0,021 | ||
| Шлаковата | 0,05 | ||
| Вермикулит | 0,064-0,074 | ||
| Вспененный каучук | 0,033 | ||
| Пробка листы 220 кг/м3 | 0,035 | ||
| Пробка листы 260 кг/м3 | 0,05 | ||
| Базальтовые маты, холсты | 0,03-0,04 | ||
| Пакля | 0,05 | ||
| Перлит, 200 кг/м3 | 0,05 | ||
| Перлит вспученный, 100 кг/м3 | 0,06 | ||
| Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3 | 0,054 | ||
| Полистиролбетон, 150-500 кг/м3 | 0,052-0,145 | ||
| Пробка гранулированная, 45 кг/м3 | 0,038 | ||
| Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3 | 0,076-0,096 | ||
| Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3 | 0,078 | ||
| Пробка техническая, 50 кг/м3 | 0,037 |
Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей. Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала.
Таблица теплопроводности строительных материалов
Стены, перекрытия, пол, делать можно из разных материалов, но так повелось, что теплопроводность строительных материалов обычно сравнивают с кирпичной кладкой. Этот материал знаю все, с ним проще проводить ассоциации. Наиболее популярны диаграммы, на которых наглядно продемонстрирована разница между различными материалами. Одна такая картинка есть в предыдущем пункте, вторая — сравнение кирпичной стены и стены из бревен — приведена ниже. Именно потому для стен из кирпича и другого материала с высокой теплопроводностью выбирают теплоизоляционные материалы. Чтобы было проще подбирать, теплопроводность основных строительных материалов сведена в таблицу.
Сравнивают самые разные материалы
| в сухом состоянии | при нормальной влажности | при повышенной влажности | |
| ЦПР (цементно-песчаный раствор) | 0,58 | 0,76 | 0,93 |
| Известково-песчаный раствор | 0,47 | 0,7 | 0,81 |
| Гипсовая штукатурка | 0,25 | ||
| Пенобетон, газобетон на цементе, 600 кг/м3 | 0,14 | 0,22 | 0,26 |
| Пенобетон, газобетон на цементе, 800 кг/м3 | 0,21 | 0,33 | 0,37 |
| Пенобетон, газобетон на цементе, 1000 кг/м3 | 0,29 | 0,38 | 0,43 |
| Пенобетон, газобетон на извести, 600 кг/м3 | 0,15 | 0,28 | 0,34 |
| Пенобетон, газобетон на извести, 800 кг/м3 | 0,23 | 0,39 | 0,45 |
| Пенобетон, газобетон на извести, 1000 кг/м3 | 0,31 | 0,48 | 0,55 |
| Оконное стекло | 0,76 | ||
| Арболит | 0,07-0,17 | ||
| Бетон с природным щебнем, 2400 кг/м3 | 1,51 | ||
| Легкий бетон с природной пемзой, 500-1200 кг/м3 | 0,15-0,44 | ||
| Бетон на гранулированных шлаках, 1200-1800 кг/м3 | 0,35-0,58 | ||
| Бетон на котельном шлаке, 1400 кг/м3 | 0,56 | ||
| Бетон на каменном щебне, 2200-2500 кг/м3 | 0,9-1,5 | ||
| Бетон на топливном шлаке, 1000-1800 кг/м3 | 0,3-0,7 | ||
| Керамическийй блок поризованный | 0,2 | ||
| Вермикулитобетон, 300-800 кг/м3 | 0,08-0,21 | ||
| Керамзитобетон, 500 кг/м3 | 0,14 | ||
| Керамзитобетон, 600 кг/м3 | 0,16 | ||
| Керамзитобетон, 800 кг/м3 | 0,21 | ||
| Керамзитобетон, 1000 кг/м3 | 0,27 | ||
| Керамзитобетон, 1200 кг/м3 | 0,36 | ||
| Керамзитобетон, 1400 кг/м3 | 0,47 | ||
| Керамзитобетон, 1600 кг/м3 | 0,58 | ||
| Керамзитобетон, 1800 кг/м3 | 0,66 | ||
| ладка из керамического полнотелого кирпича на ЦПР | 0,56 | 0,7 | 0,81 |
| Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) | 0,35 | 0,47 | 0,52 |
| Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1300 кг/м3) | 0,41 | 0,52 | 0,58 |
| Кладка из пустотелого керамического кирпича на ЦПР, 1400 кг/м3) | 0,47 | 0,58 | 0,64 |
| Кладка из полнотелого силикатного кирпича на ЦПР, 1000 кг/м3) | 0,7 | 0,76 | 0,87 |
| Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 11 пустот | 0,64 | 0,7 | 0,81 |
| Кладка из пустотелого силикатного кирпича на ЦПР, 14 пустот | 0,52 | 0,64 | 0,76 |
| Известняк 1400 кг/м3 | 0,49 | 0,56 | 0,58 |
| Известняк 1+600 кг/м3 | 0,58 | 0,73 | 0,81 |
| Известняк 1800 кг/м3 | 0,7 | 0,93 | 1,05 |
| Известняк 2000 кг/м3 | 0,93 | 1,16 | 1,28 |
| Песок строительный, 1600 кг/м3 | 0,35 | ||
| Гранит | 3,49 | ||
| Мрамор | 2,91 | ||
| Керамзит, гравий, 250 кг/м3 | 0,1 | 0,11 | 0,12 |
| Керамзит, гравий, 300 кг/м3 | 0,108 | 0,12 | 0,13 |
| Керамзит, гравий, 350 кг/м3 | 0,115-0,12 | 0,125 | 0,14 |
| Керамзит, гравий, 400 кг/м3 | 0,12 | 0,13 | 0,145 |
| Керамзит, гравий, 450 кг/м3 | 0,13 | 0,14 | 0,155 |
| Керамзит, гравий, 500 кг/м3 | 0,14 | 0,15 | 0,165 |
| Керамзит, гравий, 600 кг/м3 | 0,14 | 0,17 | 0,19 |
| Керамзит, гравий, 800 кг/м3 | 0,18 | ||
| Гипсовые плиты, 1100 кг/м3 | 0,35 | 0,50 | 0,56 |
| Гипсовые плиты, 1350 кг/м3 | 0,23 | 0,35 | 0,41 |
| Глина, 1600-2900 кг/м3 | 0,7-0,9 | ||
| Глина огнеупорная, 1800 кг/м3 | 1,4 | ||
| Керамзит, 200-800 кг/м3 | 0,1-0,18 | ||
| Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией, 800-1200 кг/м3 | 0,23-0,41 | ||
| Керамзитобетон, 500-1800 кг/м3 | 0,16-0,66 | ||
| Керамзитобетон на перлитовом песке, 800-1000 кг/м3 | 0,22-0,28 | ||
| Кирпич клинкерный, 1800 — 2000 кг/м3 | 0,8-0,16 | ||
| Кирпич облицовочный керамический, 1800 кг/м3 | 0,93 | ||
| Бутовая кладка средней плотности, 2000 кг/м3 | 1,35 | ||
| Листы гипсокартона, 800 кг/м3 | 0,15 | 0,19 | 0,21 |
| Листы гипсокартона, 1050 кг/м3 | 0,15 | 0,34 | 0,36 |
| Фанера клеенная | 0,12 | 0,15 | 0,18 |
| ДВП, ДСП, 200 кг/м3 | 0,06 | 0,07 | 0,08 |
| ДВП, ДСП, 400 кг/м3 | 0,08 | 0,11 | 0,13 |
| ДВП, ДСП, 600 кг/м3 | 0,11 | 0,13 | 0,16 |
| ДВП, ДСП, 800 кг/м3 | 0,13 | 0,19 | 0,23 |
| ДВП, ДСП, 1000 кг/м3 | 0,15 | 0,23 | 0,29 |
| Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1600 кг/м3 | 0,33 | ||
| Линолеум ПВХ на теплоизолирующей основе, 1800 кг/м3 | 0,38 | ||
| Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1400 кг/м3 | 0,2 | 0,29 | 0,29 |
| Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1600 кг/м3 | 0,29 | 0,35 | 0,35 |
| Линолеум ПВХ на тканевой основе, 1800 кг/м3 | 0,35 | ||
| Листы асбоцементные плоские, 1600-1800 кг/м3 | 0,23-0,35 | ||
| Ковровое покрытие, 630 кг/м3 | 0,2 | ||
| Поликарбонат (листы), 1200 кг/м3 | 0,16 | ||
| Полистиролбетон, 200-500 кг/м3 | 0,075-0,085 | ||
| Ракушечник, 1000-1800 кг/м3 | 0,27-0,63 | ||
| Стеклопластик, 1800 кг/м3 | 0,23 | ||
| Черепица бетонная, 2100 кг/м3 | 1,1 | ||
| Черепица керамическая, 1900 кг/м3 | 0,85 | ||
| Черепица ПВХ, 2000 кг/м3 | 0,85 | ||
| Известковая штукатурка, 1600 кг/м3 | 0,7 | ||
| Штукатурка цементно-песчаная, 1800 кг/м3 | 1,2 |
Древесина — один из строительных материалов с относительно невысокой теплопроводностью. В таблице даны ориентировочные данные по разным породам. При покупке обязательно смотрите плотность и коэффициент теплопроводности. Далеко не у всех они такие, как прописаны в нормативных документах.
| В сухом состоянии | При нормальной влажности | При повышенной влажности | |
| Сосна, ель поперек волокон | 0,09 | 0,14 | 0,18 |
| Сосна, ель вдоль волокон | 0,18 | 0,29 | 0,35 |
| Дуб вдоль волокон | 0,23 | 0,35 | 0,41 |
| Дуб поперек волокон | 0,10 | 0,18 | 0,23 |
| Пробковое дерево | 0,035 | ||
| Береза | 0,15 | ||
| Кедр | 0,095 | ||
| Каучук натуральный | 0,18 | ||
| Клен | 0,19 | ||
| Липа (15% влажности) | 0,15 | ||
| Лиственница | 0,13 | ||
| Опилки | 0,07-0,093 | ||
| Пакля | 0,05 | ||
| Паркет дубовый | 0,42 | ||
| Паркет штучный | 0,23 | ||
| Паркет щитовой | 0,17 | ||
| Пихта | 0,1-0,26 | ||
| Тополь | 0,17 |
Металлы очень хорошо проводят тепло. Именно они часто являются мостиком холода в конструкции. И это тоже надо учитывать, исключать прямой контакт используя теплоизолирующие прослойки и прокладки, которые называются термическим разрывом. Теплопроводность металлов сведена в другую таблицу.
| Бронза | 22-105 | Алюминий | 202-236 |
| Медь | 282-390 | Латунь | 97-111 |
| Серебро | 429 | Железо | 92 |
| Олово | 67 | Сталь | 47 |
| Золото | 318 |
Как рассчитать толщину стен
Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.
Термическое сопротивление ограждающих
конструкций для регионов России
Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.
Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев
Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:
Формула расчета теплового сопротивления
R — термическое сопротивление;
p — толщина слоя в метрах;
k — коэффициент теплопроводности.
Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.
Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.
Пример расчета толщины утеплителя
Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.
- Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5 кирпича.
- Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.
Рассчитывать придется все ограждающие конструкции
Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными. Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание.
При выборе качественного теплоизоляционного материала потребитель должен принимать во внимание целый ряд параметров, среди которых неизменно присутствует показатель теплопроводности. Высокой или низкой должна быть теплопроводность, что такое «лямбда», на какие показатели теплопроводности ориентироваться – ответы на эти и другие самые распространенные вопросы, возникающие при покупке утеплителя, вы найдете в данной статье.
Слово «теплопроводность» или еще более запутанное «лямбда» знакомо каждому школьнику из курса физики за восьмой класс. Однако со временем информация, которой мы не пользуемся, забывается. Попробуем освежить в памяти эти несложные и очень полезные знания.
Теплопроводность, как уже было сказано выше — одно из ключевых понятий в современном строительстве, особенно когда речь заходит о теплоизоляционных материалах. От теплопроводности зависит толщина вашей стены или кровли, вес всего дома, а следовательно, и прочность (несущая способность) фундамента, долговечность конструкций и многое другое.
Современное определение теплопроводности – понятие комплексное. И состоит из нескольких составных частей, отвечающих за перенос тепла (теплообмен).
На первый взгляд формула кажется пугающей, но на самом деле все просто.
Суммарная или итоговая теплопроводность состоит из теплопроводности за счет конвекции, теплопроводности твердой и газообразной фазы, а также теплопроводности, учитывающей теплообмен за счет излучения.
Запутались еще сильнее? Тогда по порядку.
Разберем каждый элемент этой формулы более подробно.
Теплообмен (или теплопередача) – это способ изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.
Из курса физики нам известно, что теплообмен включает в себя три вида передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение.
Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их
непосредственном контакте.
Если вы опустите ложку в стакан с горячим напитком, нагреется не только та часть ложки, которая погружена в жидкость, но и та ее часть, которая находится над водой.
Теплопроводность различных веществ неодинакова, она может быть плохой (низкой) и хорошей (высокой). Хорошая теплопроводность у металлов. Плохая — у шерсти, дерева и пластиков. Самым плохим проводником тепла является вакуум.
Для примера вспомните кухонную посуду: кастрюли и сковородки. Вы вряд ли станете снимать металлическую кастрюлю, полную вкусного супа, с горячей плиты голыми руками, потому что существует реальная опасность обжечь руки. Вместо этого вы используете кухонное полотенце, силиконовые или тряпичные прихватки, то есть те материалы, которые плохо проводят тепло.
Именно поэтому «правильные» кастрюли и сковородки снабжены пластмассовыми или деревянными ручками, плохо проводящими тепло. Вспомнить хотя бы старую бабушкину сковородку с деревянной ручкой: сковородка горячая, а за ручку схватиться можно безо всяких прихваток.
Как объясняется это явление? Рассмотрим на примере нагревания металлического стержня (или ложки из примера со стаканом).
В металле, как и во всех твердых телах, молекулы совершают колебательные движения около некоторых положений равновесия. Скорость колебательного движения молекул металла при нагревании увеличивается в той части, которая ближе расположена к пламени или источнику тепла. Эти молекулы, взаимодействуя с соседними молекулами, передают им часть своей энергии. В результате чего повышается температура отрезка стержня. Затем увеличивается скорость колебательного движения молекул в следующих отрезках стержня и так далее, до тех пор, пока не прогреется весь стержень. Именно поэтому вакуум обладает самой плохой теплопроводностью: в нем практически отсутствуют молекулы, которые бы передавали энергию друг другу. Важно отметить, что сами молекулы, передавая кинетическую энергию, не меняют свое местоположение, то есть само вещество не перемещается.
С первым понятием разобрались, посмотрим, что же дальше.
Следующая составляющая теплопроводности – это конвекция. У многих из вас на слуху такой прибор, как «конвектор». А вот почему он так называется, наверное, знает далеко не каждый. Хотя логично предположить, что название свое он получил за принцип работы – конвекцию.
Из курса физики следует, что конвекция — это перенос энергии струями жидкости или газа. Если в случае с теплопроводностью при теплообмене происходит перенос энергии, то при конвекции происходит перенос именно вещества.
Конвекторы (как и любые другие отопительные приборы) нагревают окружающий воздух, вследствие чего температура в комнате повышается и вам становится тепло. При этом струи теплого воздуха поднимаются вверх, а струи холодного опускаются вниз. Аналогично происходит процесс нагревания воды в чайнике: горячая вода поднимается, а холодная опускается на ее место. Этот же принцип заложен в отопительной системе для обогрева домов.
Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.
Нагревание воздуха в комнате солнечными лучами – это пример естественной конвекции. А вот если воздух нагревается тепловым вентилятором, то это уже вынужденная конвекция. Вентилятор заставляет воздух в комнате двигаться, при этом нагревая его до необходимой температуры. В качестве других примеров конвекции можно привести холодные и теплые морские течения, а также образование и движение облаков и ветров.
Переходим к следующей составляющей: излучение (лучистый теплообмен).
Излучение – это способ переноса энергии от одного тела к другому в виде электромагнитных волн. Как правило, это инфракрасное (IR) излучение. Этот принцип заложен еще в одном уникальном приборе – инфракрасном обогревателе.
Принцип его работы построен на том, что любое нагретое тело является источником излучения. Самый впечатляющий пример – Солнце. Пример поменьше – костер, распространяющий тепло на достаточно большое расстояние. В случае с обогревателем окружающие предметы нагреваются за счет электромагнитного излучения и в комнате становится тепло.
Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия как-то доходит до Земли.
Примечательно, что темные тела лучше поглощают и отдают энергию. Если необходимо максимально нагреть материал, его окрашивают в черный цвет. В качестве примера можно привести солнечные коллекторы (водонагреватели), которые устанавливаются на крышах домов. Эти устройства позволяют собирать тепло от солнца и нагревать теплоноситель, который затем передает тепло внутрь дома для обогрева помещений или нагрева воды.
Хуже всего поглощают энергию светлые материалы или материалы с отражающей способностью. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию учитывают в самых разных сферах: при строительстве самолетов, при возведении высотных зданий в жарких странах, даже при выборе цвета одежды в теплое время года. На окнах часто применяют металлизированные пленки, которые частично отражают солнечное тепло и спасают помещение от перегрева.
С базовыми принципами разобрались. Пришло время вернуться к нашей формуле.
Итак, вернемся к теплопроводности.
Структурная и газовая теплопроводность – это теплопроводность компонентов, из которых состоит материал, а именно:
- твердой фазы – теплопроводности полимерного каркаса с множеством ячеек с очень тонкими, но прочными стенками;
- газообразной фазы – теплопроводность газа, который находится в ячейках.
Если сравнивать теплоизоляцию PIR с пеностеклом или пенобетоном, то по структуре эти материалы схожи. Все они ячеистые и наполнены газом. Однако теплопроводности этих материалов будут отличаться.
Стекло и бетон, в отличие от пластиков, проводят тепло интенсивнее, соответственно, пеностекло и пенобетон обладают большей теплопроводностью и их показатели в качестве теплоизоляторов несколько хуже. Даже полимеры отличаются друг от друга теплопроводностью.
Как было сказано ранее, представленные материалы ячеистые и в каждом находятся какие-то газы. В пеностекле и пенобетоне это, как правило, окружающий воздух, в PIR – инертные газы. Хуже всего тепло проводят инертные газы, содержание молекул в 1 м3 очень маленькое, расстояние между молекулами очень большое, поэтому передать энергию между молекулами довольно сложно. Намного лучше тепло проводит воздух, поскольку он состоит из смеси разных газов, молекул очень много и все они друг с другом взаимодействуют.
Конвекционную составляющую у мелкоячеистой теплоизоляции обычно не рассматривают, поскольку размер ячеек теплоизоляции PIR ничтожно мал (меньше 1мм) и газ в этих ячейках неподвижен.
Последняя составляющая – излучение. Снизить ее влияние можно за счет применения дополнительных материалов, способных отражать тепловой поток. Для этого можно окрасить материал, скажем, в белый цвет. В случае с теплоизоляционными плитами PIR за отражение тепла отвечает фольга, которая покрывает материал с обеих сторон. Помимо функции отражения тепла фольга также несет защитную функцию с точки зрения утечки вспенивающего газа. По своим свойствам фольга является практически идеальным пароизоляционным материалом, а значит, способна задерживать миграции газов во внешнюю среду из ячеек теплоизоляции.
В процессе эксплуатации легкие инертные газы замещаются на более тяжелый окружающий воздух с хорошей теплопроводностью. Это происходит у всех пористых материалов за счет диффузных процессов.
Рассмотрим в качестве примера обычный воздушный шарик, наполненный гелием, который можно сравнить с одной ячейкой вспененной теплоизоляции. Новый шарик все время стремится улететь высоко в небо. Если утром он еще висел под потолком, то со временем он постепенно опустится и будет висеть в центре комнаты, а еще через несколько часов лежать на полу. Т.е. все это время газ за счет диффузии медленно выходит из шарика, и тот теряет свою «летучесть».
Так же и с теплоизоляцией. «Шарики» (ячейки), которые ближе всего расположены к границе с окружающим воздухом постепенно изменяют свой газовый состав. Однако те «шарики», которые находятся глубоко в материале, делают это очень медленно или не делают вовсе, поскольку инертному газу очень сложно пройти огромное количество стенок соседних «шариков» и вырваться наружу.
Кроме того, поверхность теплоизоляции покрыта фольгой, препятствующей выходу газа, соответственно, теплопроводность материала (ее газовая составляющая) сохраняется.
Итоговую формулу теплопроводности PIR можно записать в виде:
Теплоизоляция – это очень важный показатель. От нее зависит, насколько теплым будет ваш дом. У наиболее эффективной теплоизоляции все ее составляющие () должны быть как можно ниже. У современной изоляции на примере LOGICPIR это достигается за счет применения инертных газов, полимеров и специальных покрытий, отражающих тепловой поток. Уверены, что теперь вы не только сможете безошибочно выбрать теплоизоляционный материал, отвечающий самым высоким требованиям, но и поможете своим детям сдать физику на высший балл.
