От чего зависит теплопроводность кирпича

Коэффициент теплопроводности газоблока: что это такое и как рассчитать?

Газобетонные блоки применяют для возведения одно- и многоэтажных зданий. Этот материал пользуется популярностью при строительстве жилых домов, сараев, бань, гаражей и не только.

Существует несколько видов газоблоков. Все они отличаются по ряду показателей, базовым из которых является теплопроводность.

О том, что это за значение, от чего оно зависит и как влияет на выбор строительного материала, читайте в статье.

Содержание

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

где — вектор плотности теплового потока — количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, — коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью), — температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье. [1]

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

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

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициент теплопроводности вакуума

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

Связь с электропроводностью

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

где — постоянная Больцмана, — заряд электрона.

Коэффициент теплопроводности газов

Коэффициент теплопроводности газов определяется формулой [2]

Где: i — сумма поступательных и вращательных степеней свободы молекул (для двухатомного газа i=5, для одноатомного i=3), k — постоянная Больцмана, M — молярная масса, T — абсолютная температура, d — эффективный диаметр молекул, R — универсальная газовая постоянная. Из формулы видно, что наименьшей теплопроводностью обладают тяжелые одноатомные (инертные) газы, наибольшей — легкие многоатомные (что подтверждается практикой, максимальная теплопроводность из всех газов — у водорода, минимальная — у радона, из не радиоактивных газов — у ксенона).

Понятие коэффициента теплопроводности

Для обозначения рассматриваемого значения применяется символ λ — количество тепла, которое передается в единицу времени через единицу поверхности на момент повышения температуры. Это значение применяется при проведении различных расчетов.

Описание свойства теплопроводности многих металлов проводится по формуле k = 2,5·10−8σT. В этой формуле учитывается:

1. Температура, измеряемая в Кельвинах.
2. Показатель электропроводности.

Это соотношение больше всего подходит для определения свойств проводников на момент эксплуатации при нагреве, но в последнее время применяется и для измерения степени проводимости тепловой энергии.

Полупроводники и изоляторы обладают более низкими показателями проводимости тепла, что связано с особенностями строения их кристаллической решетки.

Как рассчитать ограждающую конструкцию

Чтобы определить минимальную толщину наружной стены или перекрытия, при которой в помещении сохранится благоприятный микроклимат в жару и мороз, используют теплотехнический расчет.

В упрощенном виде он представлен формулой:

R — нормативное температурное сопротивление, м²/ (°С Вт);

δ — толщина стены или слоя бетона, м;

λ — коэффициент теплопроводности, Вт/(м °С).

Нормативное сопротивление находят по таблице СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Каждому региону соответствует свое значение. Например, для Москвы оно равно 3,28 м²/ (°С Вт).

Если предположить, что наружные стены будут выполнены из керамзитопенобетона плотностью 800 кг/м³ с λ=0,21 Вт/(м °С), то искомая толщина конструкции равна:

δ=R х λ= 3,28х0,21=0,688 м.

Чтобы не сооружать такие массивные стены, их утепляют эффективными теплоизоляционными материалами. Это позволяет уменьшить толщину ограждения, понизить нагрузку на фундамент.

В многослойных конструкциях расчет ведут для каждого слоя. Суммарное сопротивление должно соответствовать нормативному:

Теплотехнический расчет с использованием коэффициента теплопроводности бетона производят перед началом строительства на этапе проектирования.