Коэф теплопроводности воздуха – таблицы при различных температурах и давлениях

Теплопроводность воздуха в жидком и газообразном состояниях при низких температурах и давлении до 1000 бар

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при низких температурах и давлении до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 75 до 300К (от -198 до 27°С).

Величина теплопроводности воздуха в газообразном состоянии увеличивается с ростом давления и температуры.
Воздух в жидком состоянии с ростом температуры имеет тенденцию к снижению коэффициента теплопроводности.

Черта под значениями в таблице означает переход жидкого воздуха в газ — цифры под чертой относятся к газу, а выше ее — к жидкости.
Смена агрегатного состояния воздуха существенно сказывается на значении коэффициента теплопроводности —

Теплопроводность в таблице указана в степени 10³. Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность газообразного воздуха при температуре от 300 до 800К и различном давлении

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при различных температурах в зависимости от давления от 1 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 300 до 800К (от 27 до 527°С).

По данным таблицы видно, что с ростом температуры и давления теплопроводность воздуха увеличивается.
Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10³. Не забудьте разделить на 1000!

Теплопроводность воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 100 бар

В таблице приведены значения теплопроводности воздуха при высоких температурах и давлении от 0,001 до 1000 бар.
Теплопроводность выражена в Вт/(м·град), интервал температуры от 1500 до 6000К (от 1227 до 5727°С).

С ростом температуры молекулы воздуха диссоциирует и максимальное значение его теплопроводности достигается при давлении (разряжении) 0,001 атм. и температуре 5000К.
Примечание: Будьте внимательны! Теплопроводность в таблице указана в степени 10³. Не забудьте разделить на 1000!

1. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.
2. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи.

thermalinfo.ru

физический смысл величины, коэффициент, зависимость от температуры

Понимание природы теплоизоляционных свойств атмосферного воздуха позволяет грамотно применять его физические качества при создании строительных материалов и расчётах энергоэффективности зданий. Сама по себе теплопроводность воздуха, как и любых других газов и их смесей, не является постоянной величиной, а находится в зависимости от различных макропараметров.

Физика явления теплопередачи

Материя состоит из атомов и молекул. Эти частицы никогда не находятся в покое, то есть обладают кинетической энергией. Их подвижность обусловлена:

• перемещениями;
• вращениями;
• колебаниями.

Тепловой энергией называют кинетическую энергию атомов и молекул. Её среднее значение в системе называют температурой. С точки зрения физики, все тела, окружающие нас, тёплые, так как неподвижность атомов в материи (температуру абсолютного ноля) можно описать теоретически, но недостижимо для практики.

Перенос тепловой энергии из одной термодинамической системы в другую называют теплообменом. Он всегда происходит в одном направлении – от тела с более высокой температурой к телу с более низкой — и продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. При контакте сред с разной температурой остановить теплопередачу невозможно, её можно только замедлить. Сам теплообмен может осуществляться благодаря трём физическим явлениям:

• теплопроводности;
• конвекции;
• излучению.

Теплопроводность — это передача тепла через тела с помощью столкновений молекул. Более подвижные частицы, контактируя с соседями, передают им часть энергии, таким образом создавая тепловой поток от нагретой части материала к холодной. Лучшие теплопроводники — металлы.

Конвекция требует текучей среды (жидкости или газа) и силы, действующей на среду, например, гравитации. Суть явления заключается в способности жидкости или газа менять плотность в связи с изменением температуры, благодаря чему под влиянием силы тяжести или другого внешнего воздействия происходит циркуляционное перемешивание. Таким образом тепло передаётся от горячих участков системы к холодным.

В этом видео вы узнаете о теплопроводности газов:

Излучение представляет собой способ передачи тепла, не нуждающийся в каком-либо контакте между источником тепла и нагреваемым объектом, как в случае с проводимостью или конвекцией.

Энергия передаётся через пространство с помощью электромагнитных волн со скоростью света. Хорошим примером в этом случае может быть нагрев Солнцем объектов на Земле с помощью излучения в видимом и инфракрасном диапазоне.

Коэффициент λ

Теплопроводность — явление, характерное для твёрдых тел, но оно свойственно также жидкостям и газам. Поскольку молекулы газов обладают большей свободой, чем молекулы твёрдых тел, у них значительно меньше шансов сталкиваться друг с другом и таким образом передавать тепло в среде. Благодаря этому газы обладают крайне низкой теплопроводностью.

Способность материалов к термическому переносу за счёт теплопроводности определяется коэффициентом λ, который равен количеству тепловой энергии, проходящей через единицу площади однородного материала единичной толщины при единичной разнице температур на сторонах образца. Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/м×K. Чем больше значение λ, тем хуже теплоизоляционные свойства материала. Величину, обратную λ, называют коэффициентом сопротивления теплопередаче.

Характерные для газов низкие показатели λ не означают, что толстый слой газа обеспечит лучшую изоляцию, чем такой же толщины газонаполненный пористый материал. Дело в том, что в больших объёмах газов создаются хорошие условия для конвекции, поэтому пористые материалы — гораздо лучшие изоляторы, чем однородные утеплители.

Теплопроводность воздуха

Воздух представляет собой смесь газов в различных пропорциях, каждый из которых обладает собственными теплофизическими характеристиками. Для удобства в расчётах вместо воздуха как смеси используют его модель как однородного газа. Основные газообразные компоненты воздуха:

• кислород — 20,95% по объёму и 23,20% по весу;
• азот — 78,09% и 75,47%, соответственно;
• углекислый газ — 0,03% и 0,046%;
• водород, аргон, криптон и другие газы в ничтожных количествах.

С повышением температуры кинетическая энергия молекул атмосферных газов растет, они начинают двигаться с большей скоростью, расстояние между ними и их свободный пробег увеличиваются. Этот процесс заметен как понижение плотности воздуха. Вместе с разрежением растёт и сопротивление теплопередаче.

Изменение теплопроводности смеси атмосферных газов — сложный процесс, зависящий от многих физических явлений, например, от влажности. Поэтому коэффициент теплопроводности воздуха при различных температурах — не расчётная величина, а усреднённый результат многочисленных экспериментов. Следует отметить, что для атмосферных колебаний давления изменениями

Эти данные точны для сухого газообразного воздуха в состоянии покоя при атмосферном давлении 1 бар при идеальных пропорциях составляющих его газов. На практике отклонения от табличных значений могут быть вызваны самыми разнообразными факторами.

Например, наличие промышленных производств, выбрасывающих в атмосферу огромное количество химических и биологических микрочастиц (альдегиды, аммиак, оксиды, тяжёлые металлы), приводит к значительным загрязнениям атмосферы, а подобные примеси в больших количествах способны не только локально изменить теплопроводность воздуха, но и повлиять на глобальный теплообмен в атмосфере.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 1; blockSettingArray[0][«element»] = «h2»; blockSettingArray[0][«elementPosition»] = 1; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 1; blockSettingArray[4] = []; blockSettingArray[4][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[4][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[4][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[4][«setting_type»] = 5; blockSettingArray[8] = []; blockSettingArray[8][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[8][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[8][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[8][«setting_type»] = 1; blockSettingArray[8][«element»] = «h3»; blockSettingArray[8][«elementPosition»] = 1; blockSettingArray[8][«elementPlace»] = 4; blockSettingArray[9] = []; blockSettingArray[9][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[9][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[9][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[9][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[9][«elementPlace»] = 90; var jsInputerLaunch = 15;

kaminguru.com

Определение коэффициента Теплопроводности воздуха Методом нагретой нити

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

___________________

Пензенская государственная архитектурно-строительная академия

Методические указания к лабораторной работе ФПТ1-3

Пенза 2000

УДК 531.23

ББК 22я7

Содержат основные сведения о явлении теплопроводности в газах. Опи­са­ны физические величины, характеризующие теплопроводность. Дано теоре­ти­ческое обоснование и изложена методика определения коэффициента тепло­проводности газа методом нагретой нити.

Методические указания подготовлены на кафедре физики и предназначены для использования студентами всех специальностей при выполнении лабо­раторных работ по курсу “Общая физика”.

© Пензенская государственная

архитектурно-строительная академия, 2000

Цель работы

Изучение теплопроводности как одного из явлений переноса в га­зах; освоение методики определения коэффициента тепло­провод­ности газа.

Приборы:

Установка для определения коэффициента теплопроводности воздуха ФПТ1-3.

1.Теплопроводность в газах

Из второго начала термодинамики следует, что во всякой изоли­рованной (т.е. не испытывающей никаких внешних воздействий) системе самопроизвольно протекают только такие процессы, кото­рые приводят ее в состояние, не изменяющееся в дальнейшем с те­че­нием времени. Такое состояние термодинамической системы назы­вается тепловым равновесием. Например, тепло всегда переходит от горячего тела к холодному, пока температуры обоих тел не станут одинаковыми, то есть пока не установится тепловое равновесие.

Если в газе существует пространственная неоднородность плот­ности, температуры или скорости движения отдельных его слоев, то на хаотическое тепловое движение молекул накладывается их упо­рядоченное движение. При этом возникают потоки вещества, энер­гии или импульса. В результате происходит самопроизвольное вы­ра­в­нивание параметров газа. Эти потоки являются физической осно­вой так называемых явлений переноса. К явлениям переноса от­­но­сятся диффузия, теплопроводность и внутреннее трение (вяз­кость). Диффузия обусловлена переносом массы, а внутреннее тре­ние – переносом импульса молекул.

Рассмотрим более подробно теплопроводность. Это явление воз­никает при наличии разности температур, обусловленной внешними причинами. Теплопроводность газа заключается в непосредственной передаче кинетической энергии хаотического молекулярного дви­жения от одних молекул к другим при их соударениях.

Если значения температуры различных слоев газа отличаются друг от друга, то и значения средней кинетической энергии также будут разными. Молекулы, движущиеся из более нагретых частей объема газа, попадая в менее нагретые слои и сталкиваясь с молекулами, имеющими меньшие скорости, передают им часть своей энергии. Так, молекулы из менее нагретых слоев газа уве­ли­чивают свою энергию. Этим объясняется передача тепла в направ­ле­нии убывания температуры. Этот процесс не сопровождается макро­скопическим движением среды.

Для простоты рассмотрим одномерное явление тепло­провод­нос­ти. В этом случае определяющие ее физические величины зависят толь­ко от одной координаты (например координаты ). Пред­поло­жим, что газ заключен между двумя параллельными поверхнос­тя­ми, имеющими температурыи (рис.1).

Если эти температуры под­дер­живать постоянными, то через газ установится стаци­о­нар­ный (т.е. неизменный во времени) поток теплоты. На­правим осьперпендику­ляр­но к этим поверхностям. Не­од­но­родность в пространстве зна­чений температуры может быть задана с помощью градиента. Градиент – это вектор, харак­те­ризующий изменение физи­чес­кой величины (в данном случае температуры) при перемещении на единичную длину и направленный в сторону наиболее быстрого ее возрастания. Таким образом, вдоль осибудет иметь место градиент температуры. Количество теплоты, передаваемое вследствие теплопроводности за времячерез поверхность пло­щадью, расположенную перпендикулярно оси, опре­деляется за­коном Фурье:

, (1.1)

Знак минус показывает, что перенос тепла происходит в на­правлении убывания температуры.

Количество теплоты, переносимое через поверхность площадью за одну секунду, называется тепловым потоком:

.

Из формулы (1.1) следует, что

.

Отсюда видно, что коэффициент теплопроводности численно ра­вен количеству теплоты, проходящему через единицу площади по­верхности за единицу времени при градиенте температуры, равном единице.

Выведем размерность этой физической величины:

.

Коэффициент теплопроводности показывает, насколько быстро вы­равнивается температура различных точек газа. Чем больше коэф­фициент теплопроводности, тем скорее наступает состояние теп­лового равновесия. Коэффициент теплопроводности зависит от агрегатного состояния вещества, его атомно-молекулярного строе­ния, температуры, давления и состава. В анизотропных средах он зависит от направления распространения тепла.

Наилучшие проводники тепла – твердые тела, в особенности металлы. Влияние давления на теплопроводность твердых тел с хорошей степенью точности описывается линейной зависимостью. У многих металлов и минералов теплопроводность растет с ростом давления. В процессе плавления металлов теплопроводность, как правило, падает скачком при температуре плавления.

Жидкости обычно проводят тепло намного хуже твердых тел. Так, коэффициент теплопроводности воды при температуре 0 ⁰С со­ставляет 0,55, а льда 2,21. Как правило, теплопро­вод­ность жидкостей убывает с ростом температуры и слабо возрастает с ростом давления.

Газы обладают наименьшей теплопроводностью по сравнению с жидкостями и твердыми телами. Например, при 20 ⁰С коэффициент теплопроводности углекислого газа равен 0,0162, водорода 0,175, воздуха 0,0257.

Выведем формулу для нахождения коэффициента теп­ло­проводности идеального газа. Выделим элементарную площадку , расположенную перпендикулярно оси(см. рис. 1).

В соответствии с формулой (1.1) элементарное количество теп­лоты , переносимое молекулами через площадкуза время, равно

. (1.2)

Учтем, что до площадки долетают только те молекулы, кото­рые находятся от нее не дальше длины свободного пробега моле­кулы газа. Средняя длина свободного пробега – это среднее рас­с­тояние, которое пробегает молекула между двумя после­до­ва­тельными столкновениями. Она вычисляется по формуле

,

Выберем на оси две точки А и В, расположенные по обе сто­роны площадкина расстояниях от нее, равных средней длине свободного пробега молекулы газа(см. рис.1). Будем считать, что температура в месте, где находится площадка, равна, а.

Тогда температура в точке А равна , а в точке В.

Найдем число молекул, проходящих за одну секунду через по­верхность . Поскольку процесс теплопроводности не сопро­вож­дается макроскопическим движением среды, количество молекул, пересекающих эту поверхность в единицу времени слева на­право и справа налево, будет одинаковым. Ввиду хаотичности теп­лового движения можно считать, что вдоль каждой из осей коор­динат (а значит, и вдоль оси) движется со скоростьюодна треть от общего количества молекул. Из них половина движется слева направо, а половина – справа налево.

Следовательно, количество молекул определяется по формуле

, (1.3)

;

Согласно закону равномерного распределения энергии по степеням свободы каждая молекула обладает средней кинетической энергией , вычисляемой по формуле

, (1.4)

Эта энергия определяется температурой газа в той точке пространства, в которой произошло ее последнее столкновение с другой молекулой.

Энергия , которой обладают молекулы газа, находящиеся в единице объема, равна

. (1.5)

Тогда количество теплоты , перенесенное через площадкуслева направо за время, окажется равным суммарной энергии молекул, имеющих температуру точки А:

. (1.6)

Количество теплоты , перенесенное через площадкуза вре­мясправа налево, равно суммарной энергии молекул, имею­щих температуру точки В:

. (1.7)

Вычитая из выражения (1.7) выражение (1.6), получим общее количество теплоты, перенесенное через площадку :

. (1.8)

Учитывая, что ,

получим окончательное выражение:

. (1.9)

Сравнивая выражения (1.9) и (1.2), получим выражение для коэффициента теплопроводности идеального газа:

. (1.10)

Поскольку длина свободного пробега молекул обратно про­пор­циональна давлению газа, а плотностьпрямо пропорцио­наль­на давлению, то теплопроводность идеального газа от давления не зависит.

Теплопроводность газов зависит от температуры. При увели­чении температуры возрастает энергия каждой молекулы, а значит, и количество энергии, переносимое из слоя в слой. Вместе с тем одновременно увеличивается и число столкновений молекул, что несколько снижает обмен энергией между слоями. В результате коэффициент теплопроводности идеального газа оказывается про­пор­циональным квадратному корню из абсолютной температуры.

Коэффициент теплопроводности реальных газов представляет собой довольно сложную функцию температуры и давления. При­чем, с ростом температуры и давления значение коэффициента теп­ло­­проводности возрастает.

На плохой теплопроводности газов основано применение в строительстве пористых материалов (т.е. материалов, содержащих газовые включения). Этим же объясняются теплоизолирующие свойст­ва одежды, в особенности шерстяной и меховой. В ней содер­жится большое число маленьких пузырьков воздуха, так же, как и в рыхлом снеге, защищающем посевы от вымерзания.

studfiles.net

Коэффициент теплопроводности, формула и примеры

Определение и формула коэффициента теплопроводности

Коэффициентом теплопроводности является физическая величина, которая характеризует способность вещества проводить тепло.

Обозначают коэффициент теплопроводности по-разному. Встречаются обозначения: K, и некоторые другие.

Коэффициент теплопроводности газа

В соответствии с кинетической теорией для газа коэффициент теплопроводности равен:

где — средняя скорость теплового движения молекул, — средняя длин свободного пробега молекулы, — плотность газа, — удельная теплоемкость газа в изохорном процессе.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металлы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность в металлах реализуется при помощи (в основном) посредством того, что энергию переносят свободные электроны. Коэффициент электронной теплопроводности металлов вычисляют при помощи формулы:

где — постоянная Больцмана, — концентрация электронов в металле, — длина свободного пробега, которая соответствует границе энергии Ферми () для распределения электронов по температурам при T=0K, — масса электрона, — средняя скорость свободного пробега для тех же условий, что и .

Для идеального электронного газа выражение (2) преобразуется к виду:

где — средняя длина свободного пробега, — средняя скорость теплового движения электронов.

Надо отметить, что теплопроводность, которая осуществляется кристаллической решеткой металлов существенно меньше, чем электронная. Ее можно рассчитать для кристаллов, рассматривая перемещение фотонов по кристаллу, при помощи формулы:

где с — теплоемкость единицы объема, — скорость звука, — длина свободного пробега фотона

Коэффициент теплопроводности и уравнение Фурье

Коэффициент теплопроводности входит в основное уравнение, которое описывает явление переноса тепла или уравнение Фурье. Явление теплопроводности появляется , если имеется градиент температуры. В одномерном стационарном случае уравнение Фурье можно записать как:

где помимо коэффициента теплопроводности () имеются: — количество теплоты, которое переносится через площадку в направлении, которое совпадает с направлением нормали к , в направлении уменьшения температуры, — градиент температуры. В нашем случае

Единицы измерения

Основной единицей измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ является:

=Вт/м•К

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Коэффициент теплопроводности воздуха

Джозеф Блек еще в далеком 1754 году опытным путем доказал всему миру, что атмосфера земли (иными словами, воздух) состоит из смеси различных газов, основными из которых являются кислород и азот. Он также ввел такое понятие, как коэффициент теплопроводности воздуха.

Всем живым организмам на земле для существования необходим воздух, вернее, основа воздуха — кислород. Происходящий процесс окисления кислорода, поступающего в организм из окружающего воздуха, производит энергию, без которой нет продолжения жизни.

Кислород широко применяется на производстве и в повседневной жизни — при горении происходит выделение топливной, а в двигателях внутреннего сгорания — механической энергии. Путем его сжижения производят благородные газы.

Состав атмосферного воздуха оказывает существенное влияние на жизнь и здоровье каждого человека. Идеальный («правильный») состав содержит до 75 процентов азота, 24 процентов кислорода и небольшие примеси различных газов — метана, неона, криптона, водорода, углекислого газа и др.

Наличие промышленных производств, увеличение числа автомобилей, выбрасывающих в атмосферу миллионы биологических и химических микрочастиц (альдегидов, аммиака, оксидов, тяжелых металлов), значительно загрязняют атмосферу, причем коэффициент теплопроводности воздуха уменьшается, что пагубно влияет на живые организмы. Выбросы от работы автомобильных двигателей (их в воздухе больших городов не менее 60 процентов) наиболее вредны для организма человека. Второе место по загрязнению принадлежит теплоэлектростанциям, третье занимает химическое производство.

Основным свойством воздуха является его теплопроводность. После проведения многочисленных опытов и экспериментов ученым удалось определить, что тепло в газовой среде распространяется тремя основными способами: тепловое излучение  (электромагнитно-волновая передача энергии), конвекция (перемещение энергетических потоков посредством движения слоев газа в пространстве),теплопроводность ( хаотичное движение молекул, способствующее приему тепла от слоя газа с большей температурой к менее «теплому»слою газа). В процессе теплоотдачи молекулы, содержащие больше энергии, передают ее молекулам с меньшим содержанием энергии. Характерная способность проводить теплоту является физическим параметром коэффициента теплопроводности воздуха. Коэффициент теплопроводности воздуха определяется уравнением:

λ= -d2Qt/gt/gn*dF*dt.

Коэффициент теплопроводности воздуха численно равняется количеству теплоты, проходящему за отрезок времени через единицу изотермических поверхностей при сопутствующем условии, когда gradt=1. Его непосредственная размерная величина рассматривается как соотношение Вт/(м·К).

По результатам проведенных опытов и экспериментов создана справочная таблица, по которой можно определить значения коэффициента теплопроводности воздуха и других веществ. Для большинства веществ коэффициент теплоотдачи можно представить в виде линейной функции

λ= λ0 *[1+b*(t-to)],

где λ0 является значением коэффициента, действующего на теплопроводность при t0=0 градусов по Цельсию;

b — величина постоянная, определяемая экспериментальным путем.

Хуже всего проводят тепло газы. Коэффициент теплоотдачи газов увеличивается с возрастанием температуры и составляет 0,006÷0,6 Вт/(м·К), где верхнее значение принадлежит гелию и водороду. Их непосредственные коэффициенты теплопроводности в пять, а то и в десять раз выше, чем у остальных газов. Коэффициент теплоотдачи воздуха при ноле градусов по Цельсию равен 0,0243 Вт/(м·К).

Количество теплоты, переносимое слоями газа в процессе теплообмена, если разность температур за промежуток времени неизменна, определяется по закону всем известного ученого Фурье.

fb.ru

Коэффициент теплопроводности __

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·°С), является одной из основных тепловых характеристик материала. Как следует из уравнения (3.1), коэффициент теплопроводности материала выражает меру проводимости теплоты материалом, численно равную тепловому потокуq_т, Вт, проходящему сквозь 1 м²площади, перпендикулярной направлению потока, при градиенте температуры, равном 1 °С/м (рис. 5). Чем больше значениеλ, тем интенсивнее в материале процесс теплопроводности и значительнее тепловой поток. Поэтому теплоизоляционными материалами принято считать материалы с коэффициентом теплопроводности менее 0,3 Вт/(м·°С).

Рис. 5. К определению коэффициента теплопроводности материала: п— нормаль к поверхности

Большинство строительных материалов — пористые тела. Зависимость коэффициента теплопроводности строительных материалов от их плотности обусловлена тем, что практически любой строительный материал состоит из скелета — основного строительного вещества — и воздуха. К.Ф. Фокин [13] для примера приводит такие данные: коэффициент теплопроводности абсолютно плотного вещества (без пор) в зависимости от природы имеет теплопроводность от 0,1 Вт/(м·°С) (пластмасса) до 14 Вт/(м·°С) (кристаллические вещества при потоке теплоты вдоль кристаллической поверхности), в то время как теплопроводность воздуха около 0,026 Вт/(м·°С). Чем выше плотность материала (меньше пористость), тем больше значение коэффициента теплопроводности. Понятно, что легкие теплоизоляционные материалы имеют сравнительно небольшую плотность.

Коэффициент теплопроводности увеличивается с повышением влажности материала. Влажность характеризуется наличием в материале химически несвязанной воды. Весовая влажность ω_в, %, определяется отношением массы влаги, содержащейся в образце материала, к его массе в сухом состоянии:

(3.5)

где М₁,М₂— масса образца материала соответственно до и после высушивания, кг. Объемная влажность ω_о, %, определяется по формуле

(3.6)

где V₁,V₂— соответственно объем влаги в образце материала и самого образца, м³.

На практике чаще пользуются весовой влажностью, т.к. извлечь в натурных условиях из строительной конструкции целый кусок материала в качестве образца трудно.

Повышение коэффициента теплопроводности с увеличением влажности материала происходит из-за того, что вода, находящаяся в порах материала, имеет коэффициент теплопроводности около 0,58 Вт/(м·°С), что в 22 раза больше, чем у воздуха, находящегося в порах. Большая интенсивность возрастания коэффициента теплопроводности при малой влажности вызвана тем, что при увлажнении материала сначала заполняются водой мелкие поры и капилляры, влияние которых на теплопроводность материала больше, чем влияние крупных пор. Еще более резко возрастает коэффициент теплопроводности, если влажный материал промерзает, т.к. лед имеет коэффициент теплопроводности 2,3 Вт/(м·°С), что в 80 раз больше, чем у воздуха. Установить общую математическую зависимость теплопроводности материала от его влажности для всех строительных материалов невозможно (большое влияние оказывает форма и расположение пор). Однако очевидно, что увлажнение строительных конструкций приводит к снижению их теплозащитных качеств, увеличивая коэффициент теплопроводности влажного материала.

Влажностное состояние материалов в ограждающих конструкциях зданий зависит от климата района строительства и от влажностного режима помещений. Различные сочетания наружных и внутренних влажностных режимов формируют два типа условий эксплуатации ограждающих конструкций: А и Б. Условиям эксплуатации А соответствуют сочетания сухого или нормального влажностного режима помещений с сухой зоной района строительства, а также сухого режима помещений с нормальной климатической зоной влажности. Все остальные сочетания влажностного режима помещений и климатических зон влажности формируют условия эксплуатации Б (табл. 10).

Таблица 10

Условия эксплуатации ограждающих конструкций

В соответствии с условиями эксплуатации строительной конструкции принимается значение коэффициента теплопроводности λ_Аилиλ_Б, Вт/(м·°С).

Коэффициент теплопроводности материала увеличивается с повышением температуры, при которой происходит передача теплоты. Усиление теплопроводных свойств объясняется возрастанием кинетической энергии молекул скелета вещества. Увеличивается также и теплопроводность воздуха в порах материала, и интенсивность передачи в них теплоты излучением. В строительной практике зависимость теплопроводности от температуры большого значения не имеет. Расчет коэффициента теплопроводности материала при 0 °С λ₀, Вт/(м·°С), на основании величины, полученной при температуре до 100 °С, выполняется по эмпирической формуле О.Е. Власова [14]:

(3.7)

где λ_t— коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м·°С), при соответствующей температуреt, °С;

β_t— температурный коэффициент для различных материалов, равный около 0,0025 1/°С.

Рекомендуемые в СП 23-101-2004[7] значения λ приняты при температуре 25 °С. Для различных строительных материалов с указанием их плотности расчетные значения λ, соответствующие условиям эксплуатации А и Б, приведены также в [15,16]. При этом в таблицах из [7,15,16] указана весовая влажность материала, соответствующая условиям эксплуатации.

Однако величины коэффициентов теплопроводности, приведенные в СП 23-101-2004[7], получены исследованиями по разным методикам [15]. Дело в том, что расчетные значения коэффициентов теплопроводности различных конструкционных и теплоизоляционных строительных материалов, указывавшиеся в ранее действовавшемСНиП II-3-79*[17], определены при температуре 0 °С [13]. Температура 0 °С соответствует средней температуре наружной стены здания в зимнее время, когда значительная часть слоя утеплителя находится в зоне отрицательной температуры. Согласно методикамГОСТ 26254-84[18] иГОСТ 530-95[19], коэффициенты теплопроводности установлены в ходе исследований теплозащитных качеств материалов наружных ограждающих конструкций эксплуатируемых зданий или фрагментов наружных стен размерами 1,5´1,0 и 1,8´1,8 м в климатической камере. Температурно-влажностный и воздушный режимы исследуемого ограждения соответствуют расчетной температуре холодного периода года, т.к. исследования проводятся при температуре наружного воздуха (или ее имитации в камере), равной -20…-30 °С. Такой подход учитывает влияние замерзшей влаги и фильтрации холодного воздуха на увеличение коэффициента теплопроводности. По методикеГОСТ 7076-99[20], коэффициенты теплопроводности ячеистых бетонов, полистиролбетона и современных мягких теплоизоляционных материалов определены в лабораторных условиях на плитках размером 250´250´50 мм при температуре 10 и 20 °С. Полученные таким образом коэффициенты отличаются в меньшую сторону от значений, полученных при испытаниях в натурных условиях или на фрагментах стен в климатической камере, т.к. указанная методика исключает влияние замерзшей влаги и фильтрации холодного воздуха. Поэтому при определении сопротивления теплопередаче ограждений в расчетный зимний период в [15] значения коэффициентов теплопроводности теплоизоляционных материалов (минераловатных и пенополистирольных плит), полученных поГОСТ 7076-99[20], рекомендуется увеличивать на 30 % в невентилируемых конструкциях и на 20 % в вентилируемых.

Теплотехнические характеристики легких утеплителей наиболее полно даны в СП 23-101-2004[7], кирпичной кладки на различных растворах и кладки из полистиролбетона — в [15], ячеистых бетонов — в [16].

studfiles.net

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:

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.

sovet-ingenera.com