Теплопроводность материалов снип: СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника»

Коэффициенты теплопроводности строительных материалов

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

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

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

 

 

Таблица коэффициентов теплопроводности строительных материалов

Материал	Плотность, кг/куб.м	Теплопроводность, Вт/(м*K)
Железобетон	2500	2.04
Бетон на гравии или щебне	2400	1,86
Туфобетон	1800	0.99
*	1600	0.81
*	1400	0.58
*	1200	0.47
Пемзобетон	1600	0.68
*	1400	0.54
*	1200	0.43
*	1000	0.34
*	800	0.26
Бетон на вулканическом шлаке	1600	0.70
*	1400	0.58
*	1200	0.47
*	1000	0.35
*	800	0.29
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон	1800	0.92
*	1600	0.79
*	1400	0.65
*	1200	0.52
*	1000	0.41
*	800	0.31
*	600	0.26
*	500	0.23
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией	1200	0.58
*	1000	0.47
*	800	0.35
Керамзитобетон на перлитовом песке	1000	0.41
*	800	0.35
Шунгизитобетон	1400	0.64
*	1200	0.50
*	1000	0.38
Перлитобетон	1200	0.50
*	1000	0.38
*	800	0.33
*	600	0.23
Шлакопемзобетон (термозитобетон)	1800	0.76
*	1600	0.63
*	1400	0.52
*	1200	0.44
*	1000	0.37
Шлакопемзопенобетон и шлакопемзогазобетон	1600	0.70
*	1400	0.58
*	1200	0.47
*	1000	0.41
*	800	0.35
Бетон на доменных гранулированных шлаках	1800	0.81
*	1600	0.64
*	1400	0.58
*	1200	0.52
Аглопоритобетон и бетоны на топливных (котельных) шлаках	1800	0.93
*	1600	0.78
*	1400	0.65
*	1200	0.54
*	1000	0.44
Бетон на зольном гравии	1400	0.58
*	1200	0.47
*	1000	0.35
Вермикулитобетон	800	0.26
*	600	0.17
*	400	0.13
*	300	0.11
Газобетон, пенобетон, газосиликат, пеносиликат	1000	0.47
*	800	0.37
*	600	0.26
*	400	0.15
*	300	0.13
Газозолобенон и пенозолобетон	1200	0.58
*	1000	0.50
*	800	0.41
Цементно-песчаный раствор	1800	0.93
Сложный (песок, известь, цемент) раствор	1700	0.87
Известково-песчаный раствор	1600	0.81
Цементно-шлаковый раствор	1400	0.64
*	1200	0.58
Цементно-перлитовый раствор	1000	0.30
*	800	0.26
Гипсо-перлитовый раствор	600	0.23
Поризованный гипсо-перлитовый раствор	500	0.19
*	400	0.15
Плиты из гипса	1200	0.47
*	1000	0.35
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)	800	0.21
Кладка из глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе	1800	0.81
Кладка из глиняного кирпича на цементно-шлаковом растворе	1700	0.76
Кладка из глиняного кирпича на цементно-перлитовом растворе	1600	0.70
Кладка из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе	1800	0.87
Кладка из трепельного кирпича на цементно-песчаном растворе	1200	0.52
*	1000	0.47
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе	1500	0.70
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе	1600	0.64
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1300 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе	1400	0.58
Кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1000 кг/куб.м.на цементно-песчаном растворе	1200	0.52
Кладка из силикатного одиннадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1500	0.81
Кладка из силикатного четырнадцатипустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1400	0.76
Облицовка гранитом, гнейсом, базальтом	2800	3.49
Облицовка мрамором	2800	2.91
Облицовка известняком	2000	1.28
*	1800	1.05
*	1600	0.81
*	1400	0.58
Облицовка туфом	2000	1.05
*	1800	0.81
*	1600	0.64
*	1400	0.52
*	1200	0.41
*	1000	0.29
Сосна, ель поперек волокон	500	0.18
Сосна, ель вдоль волокон	500	0.35
Дуб поперек волокон	700	0.23
Дуб вдоль волокон	700	0.41
Фанера клееная	500	0.18
Картон облицовочный	1000	0.23
Картон строительный многослойный	650	0.18
ДВП и ДСП	1000	0.29
*	800	0.23
*	600	0.16
*	400	0.13
*	200	0.08
Плиты фибролитовые и арболитовые на портландцементе	800	0.30
*	600	0.23
*	400	0.16
*	300	0.14
Плиты камышитовые	300	0.14
*	200	0.09
Плиты торфяные теплоизоляционные	300	0.08
*	200	0.064
Пакля	150	0.07
Маты минераловатные прошивные и на синтетическом связующем	125	0.07
*	75	0.064
*	50	0.06
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих	350	0.11
*	300	0.09
*	200	0.08
*	100	0.07
*	50	0.06
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем	200	0.076
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем	200	0.08
*	125	0.064
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем	50	0.064
Маты из стекловолокна прошивные	150	0.07
Пенополистирол	150	0.06
*	100	0.052
*	40	0.05
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ-1	125	0.064
*	100 и меньше	0.052
Пенополиуретан	80	0.05
*	60	0.041
*	40	0.04
Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта	100	0.076
*	75	0.07
*	50	0.064
*	40	0.06
Перлитопластбетон	200	0.06
*	100	0.05
Перлитофосфогелевые изделия	300	0.12
*	200	0.09
Засыпка гравия керамзитового	800	0.23
*	600	0.20
*	400	0.14
*	300	0.13
*	200	0.12
Засыпка гравия шунгизитового	800	0.23
*	600	0.20
*	400	0.14
Засыпка щебня из доменного шлака, шлаковой пемзы и аглопорита	800	0.26
*	600	0.21
*	400	0.16
Засыпка щебня и песка из перлита вспученного	600	0.12
*	400	0.09
*	200	0.08
Засыпка вермикулита вспученного	200	0.11
*	100	0.08
Засыпка песка	1600	0.58
Пеностекло или газостекло	400	0.14
*	300	0.12
*	200	0.09
Листы асбестоцементные плоские	1800	0.52
*	1600	0.41
Битумы нефтяные	1400	0.27
*	1200	0.22
*	1000	0.17
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем	400	0.13
*	300	0.099
Рубероид	600	0.17
Линолеум поливинилхлоридный многослойный	1800	0.38
*	1600	0.33
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове	1800	0.35
*	1600	0.29
*	1400	0.23
Сталь стержневая арматурная	7850	58
Чугун	7200	50
Алюминий	2600	221
Медь	8500	407
Стекло оконное	2500	0.76

 

 

Нормы теплопроводности стены

Автор Евгения На чтение 21 мин. Опубликовано 20.02.2020

Нормы теплопроводности стены

Расчет толщины для наружных стен жилого дома

Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

R=δ/λ (м 2 ·°С/Вт), где:

δ – толщина материала, м;

λ – удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

Полученную величину R_общ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Сопротивление теплопередаче (м 2 ·°С/Вт) / область применения (°С·сут)

Двухслойные с наружной теплоизоляцией

Трехслойные с изоляцией в середине

С невентили- руемой атмосферной прослойкой

С вентилируемой атмосферной прослойкой

Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)

Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой

Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) – предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен

Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о (м 2 ·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

R₁=1/α_вн, где α_вн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R₂ = 1/α_внеш, где α_внеш – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м 2 × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

R₃ – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_внеш равным 10,8 Вт/(м 2 ·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ

Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут

Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м 2 ·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен

Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край

Белгородская обл., Волгоградская обл.

Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.

Нормируемое сопротивление теплопередаче по СНиП – таблица

Чтобы построить теплый дом – требуется утеплитель. Против этого уже никто не возражает. В современных условиях построить дом, отвечающий требованиям СНиП, без применения утеплителя невозможно.

То есть, деревянный или кирпичный дом, конечно, построить возможно. И строят все также. Однако чтобы соответствовать требованиям Строительных Норм и Правил, его коэффициент сопротивления теплопередаче стен R должен быть не менее 3,2. А это 150 см обычной кирпичной стены.

Для чего, спрашивается, строить «крепостную стену» в полтора метра, когда можно для получения такого же показателя R=3,2 использовать всего 15 см высокоэффективного утеплителя – базальтовой ваты или пенопласта?

А если вы проживаете не в Подмосковье, а в Новосибирской области или в ХМАО? Тогда для вас коэффициент сопротивления теплопередаче для стен будет другим. Каким? Смотрите таблицу.

Таблица 4. Нормируемое сопротивление теплопередаче СНиП 23-02-2003 (текст документа):

Внимательно смотрим и комментируем. Если что-то непонятно, задаем вопросы через ФОРМУ СВЯЗИ или пишем в адрес редактора сайта – ответ будет у вас на электронной почте или в разделе НОВОСТИ.

Итак, в данной таблице нас интересует два вида помещений – жилые и бытовые. Жилые помещения, это, понятно, в жилом доме, который должен соответствовать требованиям СНиП. А бытовые помещения — это утепленные и отапливаемые баня, котельная и гараж. Сараи, кладовые и прочие хозяйственные постройки утеплению не подлежат, а значит, и показателей по теплосопротивлению стен и перекрытий для них нет.

Все требования, регламентирующие приведенной сопротивление теплопередаче по СНиП, разделяются по регионам. Регионы отличаются друг от друга продолжительностью отопительного сезона в холодное время года и предельными отрицательными температурами.

Таблицу, в которой указаны градусо-сутки отопительного сезона для всех основных городов России, можно увидеть в конце материала (Приложение 1).

Для примера, Московская область относится к региону с показателем D = 4000 градусо-суток отопительного периода. Для этого региона установлены следующие показатели СНиП сопротивления теплопередаче (R):

• Стены = 2,8
• Перекрытия (пол 1 этажа, чердак или потолок мансарды) = 3,7
• Окна и двери = 0,35

Чтобы сделать расчет толщины утеплителя, используем формулу расчета и таблицу для основных утеплителей, применяемых в строительстве. Все эти материалы есть на нашем сайте – доступны при переходе по ссылкам.

С расчетами по стоимости утепления все предельно просто. Берем сопротивление стены теплопередаче и подбираем такой утеплитель, который при своей минимальной толщине будет устраивать нас по бюджету и вписываться в требования СНиП 23-02-2003.

Смотрим теперь градусо-сутки отопительного сезона для своего города, в котором вы проживаете. Если вы живете не в городе, а рядом, то можете использовать значения на 2-3 градуса выше, так как фактическая зимняя температура в крупных городах на 2-3 градуса выше, чем в области. Этому способствуют большие теплопотери на теплотрассах и выброс тепла в атмосферу тепловыми электростанциями.

Таблица 4.1. Градусо-сутки отопительного сезона для основных городов РФ (Приложение 1):

Чтобы использовать данную таблицу в расчетах, где фигурирует нормируемое сопротивление теплопередаче, можно взять средние значения внутренней температуры помещений в +22С.

Но тут уж, как говорится, на вкус и цвет – кто-то любит, чтобы было тепло и ставит регулятор по воздуху своего газового котла на +24С. А кто-то привык жить в более прохладном доме и держит температуру помещений на уровне в +19С. Как видите, чем прохладнее постоянная температура в помещении, тем меньше у вас уходит газа или дров на отопление своего дома.

Кстати, доктора нам говорят, что жить в доме при температуре +19С гораздо полезнее, чем при +24С.

Нормы теплопроводности стены

Насколько хорошо наружные стены «хранят» тепло внутри дома показывает значение сопротивления теплопередаче. Рекомендуемое значение сопротивления теплопередаче внешней стены дома определяется в СНиП 23-02-2003 и зависит от размера градусо-суток отопительного периода данного района, т.е. зависит от региона, в котором строится дом.

В этом СНИП приведена Таблица 4 с округлёнными значениями градусо-суток отопительного периода и соответстующим значением сопротивления теплопередаче R_req. Если число градусосуток некруглое, то согласно СНИП R_req вычисляется по формуле:

Значения коэффициентов a и b приведены там же в СНиП 23-02-2003. D_d — это градусо-сутки отопительного периода, значение этого параметра вычисляется по формуле:

Здесь t_int — это температура внутри дома; t_ht — средняя температура снаружи за весь отопительный период; z_ht — количество суток отопительного периода.

Приведу примерные минимальные значения сопротивления теплопередаче наружных стен для жилых зданий некоторых регионов России по этому СНиП. Напоминаю, что в ИЖС соблюдать этот строгий СНИП необязательно.

Город	Необходимое сопротивление теплопередаче по новому СНИП, м 2 ·°C/Вт
Москва	3,28
Краснодар	2,44
Сочи	1,79
Ростов-на-Дону	2,75
Санкт-Петербург	3,23
Красноярск	4,84
Воронеж	3,12
Якутск	5,28
Иркутск	4,05
Волгоград	2,91
Астрахань	2,76
Екатеринбург	3,65
Нижний Новгород	3,36
Владивосток	3,25
Магадан	4,33
Челябинск	3,64
Тверь	3,31
Новосибирск	3,93
Самара	3,33
Пермь	3,64
Уфа	3,48
Казань	3,45
Омск	3,82

Чтобы определить сопротивление теплопередаче стены, нужно разделить толщину материала (м) на коэффициент теплопроводности материала (Вт/(м·°C)). Если стена многослойная, то полученные значения всех материалов нужно сложить, чтобы получить общее значение сопротивления теплопередаче всей стены.

Допустим, у нас стена построена из крупноформатных керамических блоков (коэффициент теплопроводности 0,14 Вт/(м·°C)) толщиной 50 см, внутри гипсовая штукатурка 4 см (коэффициент теплопроводности 0,31 Вт/(м·°C)), снаружи цементно-песчаная штукатурка 5 см (коэффициент теплопроводности 1,1 Вт/(м·°C)). Считаем:

R _{= 0,5 / 0,14 + 0,04 / 0,31 + 0,05 / 1,1 = 3,57 + 0,13 + 0,04 = 3,74 м 2 ·°C/Вт}

Рекомендуемое значение R_req для Москвы 3,28, для Ростова-на-Дону 2,75, таким образом в этих регионах наша стена удовлетворяет даже «строгому» СНиП 23-02-2003.

Что будет, если сопротивление теплопередаче вашей стены в частном доме немного не соответствует требуемому значению по СНиП 23-02-2003? Ничего не случится, дом ваш не развалится, вы не замёрзнете. Это лишь означает, что вы больше будете платить за отопление. А вот насколько больше — зависит от типа топлива для котла и цены на него.

В статьях и СНиПах может встретиться выражение приведенное сопротивление теплопередаче стены. Что в данном случае означает слово «приведенное»? Дело в том, что стены не бывают однородными, стена это не идеально одинаковый абстрактный объект. Есть входящие внутрь стены перекрытия, холодные оконные перемычки, какие-то детали на фасаде, металлические крепежи в стене и другие так называемые теплотехнические неоднородности. Все они влияют на теплопроводность и соответственно сопротивление теплопередаче отдельных участков стены дома, причем обычно в худшую сторону.

По этой причине используется приведенное сопротивление теплопередаче стены (неоднородной), оно численно равно условной стене из идеально однородного материала. Т.е. получается, что рассчитанное сопротивление теплопередаче без учета теплотехнических неоднородностей будет в большинстве случаев превышать реальное, т.е. приведенное сопротивление теплопередаче.

Есть довольно сложные методы расчета приведенного сопротивления теплопередаче, где учитываются стыки с перекрытиями, металлические крепежи утеплителей, примыкания к фундаменту и прочие факторы. Я писать их тут не буду, там пособие на десятки страниц с сотней формул и таблиц.

Что из этого следует? Необходимо строить будущую стену с сопротивлением теплопередаче, взятым «с запасом», чтобы подогнать его к реальному приведенному сопротивлению теплопередаче.

Буду рад вашим комментариям по теме статьи, каким-то дополнениям. Помните, автор — обычный человек, у меня не всегда есть время ответить, если задаёте вопрос по своей стройке.

Показаны 25 последних комментариев. Показать все комментарии (39).

Дмитрий (07.02.2015 20:33) Добрый вечер! С большим интересом читаю материалы на Вашем сайте. Спасибо Вам за проделанный труд. Посоветуйте, пожалуйста. Так как идет неуклонное ужесточение норм по утеплению стен, то, скорее всего, на перспективу нежелательно рассматривать однослойные стены, как бы этого не хотелось. Встретился такой вариант: кладка 1,5 кирпича, зазор 10 см, облицовка полкирпича полнотелой керамики. Зазор заливается ППУ плотностью около 30 кг/м куб. С учетом высокой адгезии должен получиться монолит с R>4. В закрытой конструкции ППУ разрушаться не должен, и таким образом, получается теплая стена с признаками однородной. Конечно, необходима качественная вентиляция. Подскажите, имеет ли право на жизнь данное решение?

Дмитрий (08.02.2015 18:17) Дмитрий, по стеновому калькулятору посчитал – конденсат есть, но влагонакопление неопасное. Какой срок службы у ППУ, даже закрытого от солнца? Что с ним будет через 30 лет? И что вы понимаете под словом монолит? Будет две отдельные кирпичные кладки с ППУ между ними. Сопротивление теплопередаче, да, около 4.

Михаил (10.02.2015 13:41) Дмитрий, добрый день! А что за числа (0,13 + 0,04) вы прибавили к 3,57?

Дмитрий (10.02.2015 16:36) Михаил, это сопротивление теплопередаче наружной и внутренней штукатурок.

Руслан (10.04.2015 09:17) Отличный сайт, только вот Читаю,читаю, а разобраться не могу. Пирог: Сайдинг-20мм воздух-мембрана А- вата роклайт 100мм- воздух 50 мм- мембрана Б – имитация бруса 30 мм или дсп 20 мм. Зимой замерзну? Живу в лен. области

Руслан (10.04.2015 09:22) По тепловым характеристики каменная вата 100 мм равна 400 мм дерева. Из расчета этого и строю. В брусовом доме с толщиной стены 400 мм я бы точно не замёрз. А почитав какие люди пироги выдумывают, засомневался.

Дмитрий (19.04.2015 22:22) Руслан, прошу прощения за задержку с ответом, уезжал надолго. В каркасниках для тепла самое главное утеплитель, по нему и считайте. http://www.homeideal.ru/data/karkasnyedoma.html Соответственно, сопротивление теплопередаче стены считайте по вате, остальным можно пренебречь: 0,1 м / 0,042 Вт/(м* гр.C) = 2,38 м2*гр.C/Вт Маловато, но терпимо, хотя лучше, конечно, больше. Для Санкт-Петербурга сопротивление теплопередаче больше 3 рекомендуется по СНиП.

Руслан (22.04.2015 21:58) Дмитрий, спасибо за ответ. Конечно есть мысля снаружи проложить слой пенопласта (белого), а поверх сайдинг, но я так понял будет вата сыреть т.к. проницаемость разная. А вместе с ватой и весь каркас. Логично проложить изнутри, но с точки зрения экологичности. П.С. Идеального дома не бывает. Всегда будет что-то, что сделает его просто хорошим.

Дмитрий (26.04.2015 00:03) Руслан, не мудрите с ватой и пенопластом вместе. Выбирайте что-то одно. Я не рекомендуют пенопласт в вашем случае – читайте статью про ППС. Пенопласт должен закрываться с обеих сторон негорючими материалами. К тому же в каркасниках утеплитель должен занимать плотно всё пространство без пропусков, с минватой это можно сделать.

Руслан (12.05.2015 08:01) Ок.Дмитрий спасибо за ответ.

Мария (03.06.2015 00:15) Здравствуйте! Понравился Ваш сайт! Подскажите, пожалуйста, если стена изнутри наружу керамический блок 51, облицовочный кирпич вплотную, достаточно это для теплоизоляции? И еще как с точки зрения паропроницаемости? Прочла статью про ККБ. Боюсь, что специалистов нормальных, кто бы мог построить хорошо из ККБ,найти не получится. Может есть какой-то вариант из кирпича в комбинации с ККБ, но так чтобы строить было легче в плане придерживаемости инструкции?? Спасибо!

Дмитрий (03.06.2015 14:39) Мария, здравствуйте. 51 блок + облицовочный вплотную – для европейской территории России сопротивление теплопередаче такой стены будет нормальным. С паропроницаемостью тоже всё будет хорошо, только кирпич облицовочный покупайте многопустотный, а не полнотелый, у них несколько разные паропроницаемости. Стройте всё по брошюре производителя, других вариантов нет.

Евгений (14.12.2015 00:52) Вы приводите в таблице – “Необходимое сопротивление теплопередаче по новому СНИП, м2·°C/Вт” – правильно “максимальное значение теплопотерь”. Отсюда вывод: ваш пример не подходит ни где.

Светлана (06.04.2016 10:10) Почему вы не учитываете коэффициент неоднородности ограждающей конструкции?

Евгений (10.05.2016 09:18) Здравствуйте. Сайт отличный, всем знакомым буду советовать почитать. А о вермикулите и вермикулитовой штукатурке что нибудь знаете?

Андрей (26.01.2017 12:47) Здравствуйте, нормальным ли будет такой пирог для дома ижс – облицовочный кирпич многопустотный (кладка в пол кирпича) вплотную через 10мм цементного раствора пеноблок d600 300мм внутренняя отделка известняковой штукатуркой 10-15 мм. Город Тверь. Достаточно ли будет сопротивление теплопередачи?

Владимир (18.04.2017 14:43) Где указано, что данный СНиП не обязателен для ИЖС? Спасибо.

Андрей (07.07.2017 20:23) Скажите пожалуйста,вот построил пристройки из газобетона д500 толщиной 30см.Нужно ли его утеплять? Я лично хочу обшить профлистом снаружи и всё.Нужен совет?

Андрей (07.07.2017 20:25) Пристройки жилой 3м на 5.5м

Николай (24.01.2018 12:20) Благодарю за глубоко продуманный и выстраданный собственным опытом сайт! Читаю – и появляются вопросы. У меня по периметру дома с трёх сторон будут балконы шириной 1 метр ( продолжение монолитной плиты межэтажного перекрытия), площадь 33 кв. м., получается, их надо утеплять сверху. снизу и с торцов? Чем – может быть ЭППС?

Сергей (31.01.2018 22:43) Хм, расчет показывает, что даже при минимальной теплопроводности сосны (0.09) толщины стены в 0,2 и даже 0,25 м совершенно недостаточно для любого города. Макс. сопротивление получается не более 2,2. А ведь 0,2 м – стандартная толщина стены из бруса, а 0,25 м используют в Сибири. Другой расчет показывает, что чтобы достичь сопротивления 3,28 (реком. для Москвы) при теплопроводности сосны 0,14, толщина стены должна быть аж 46 см! Где вы видели деревянные дома с такими стенами? Расчет теплопроводности стены Чтобы определить, какой толщины возводить стену при постройке дома, нужно научиться рассчитать теплопроводность стен. Этот показатель зависит от используемых строительных материалов, климатических условий. Нормы толщины стен в южных и северных регионах будут различаться. Если не сделать расчет до начала строительства, то может оказаться так, что в доме зимой будет холодно и сыро, а летом слишком влажно. Чтобы этого избежать, нужно высчитать коэффициент сопротивления теплопередачи материала для постройки стен и утеплителя. Для чего нужен расчет Чтобы сэкономить на отоплении и способствовать созданию здорового микроклимата в помещении, нужно правильно рассчитать толщину стен и утеплительных материалов, которые будем использовать при строительстве. По закону физики, когда на улице холодно, а в помещении тепло, то через стену и кровлю тепловая энергия выходит наружу. Если неправильно рассчитать толщину стен, сделать их слишком тонкими и не утеплить, это приведет к негативным последствиям: зимой стены будут промерзать; на обогрев помещения будут затрачиваться значительные средства; сместиться точка росы, что приведет к образованию конденсата и влажности в помещении, заведется плесень; летом в доме будет так же жарко, как и под палящим солнцем. Чтобы избежать этих неприятностей, нужно перед началом строительства просчитать показатели теплопроводности материала и определиться, какой толщины возводить стену, и каким теплосберегающим материалом ее утеплять. От чего зависит теплопроводность Проводимость тепла рассчитывают исходя из количества тепловой энергии, проходящей через материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при разнице температур внутри и снаружи в один градус. Испытания проводят в течение 1 часа. Проводимость тепловой энергии зависит от: физических свойств и состава вещества; химического состава; условий эксплуатации. Теплосберегающими считаются материалы с показателем менее 17 ВТ/ (м·°С). Выполняем расчеты Расчет толщины стен по теплопроводности является важным фактором в строительстве. При проектировании зданий архитектор рассчитывает толщину стен, но это стоит дополнительных денег. Чтобы сэкономить, можно разобраться, как рассчитать нужные показатели самостоятельно. Скорость передачи тепла материалом зависит от компонентов, входящих в его состав. Сопротивление передачи тепла должно быть больше минимального значения, указанного в нормативном документе «Тепловая изоляция зданий». Рассмотрим, как рассчитать толщину стены в зависимости от применяемых в строительстве материалов. δ это толщина материала, используемого для строительства стены; λ показатель удельной теплопроводности, рассчитывается в (м2·°С/Вт). Когда приобретаете стройматериалы, в паспорте на них обязательно должен быть указан коэффициент теплопроводности. Значения параметров для жилых домов указаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003. Допустимые значения в зависимости от региона Минимально допустимое значение проводимости тепла для различных регионов указано в таблице: № Показатель теплопроводности Регион 1 2 м2•°С/Вт Крым 2 2,1 м2•°С/Вт Сочи 3 2,75 м2•°С/Вт Ростов—на—Дону 4 3,14 м2•°С/Вт Москва 5 3,18 м2•°С/Вт Санкт—Петербург У каждого материала есть свой показатель проводимости тепла. Чем он выше, тем больше тепла пропускает через себя этот материал. Показатели теплопередачи для различных материалов Величины проводимости тепла материалами и их плотность указаны в таблице: Материал Величина теплопроводности Плотность Бетонные 1,28—1,51 2300—2400 Древесина дуба 0,23—0,1 700 Хвойная древесина 0,10—0,18 500 Железобетонные плиты 1,69 2500 Кирпич с пустотами керамический 0,41—0,35 1200—1600 Теплопроводность строительных материалов зависит от их плотности и влажности. Одни и те же материалы, изготовленные разными производителями, могут отличаться по свойствам, поэтому коэффициент нужно смотреть в инструкции к ним. Расчет многослойной конструкции Если стену будем строить из различных материалов, допустим, кирпич, минеральная вата, штукатурка, рассчитывать величины следует для каждого отдельного материала. Зачем полученные числа суммировать. В этом случае стоит работать по формуле: Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra, где: R1-Rn- термическое сопротивление слоев разных материалов; Ra.l– термосопротивление закрытой воздушной прослойки. Величины можно узнать в таблице 7 п. 9 в СП 23-101-2004. Прослойка воздуха не всегда предусмотрена при постройке стен. Подробнее о расчетах смотрите в этом видео: На основании этих подсчетов можно сделать вывод о том, можно ли применять выбранные стройматериалы, и какой они должны быть толщины. Последовательность действий Первым делом, нужно выбрать строительные материалы, которые будете использовать для постройки дома. После этого рассчитываем термическое сопротивление стены по описанной выше схеме. Полученные величины следует сравнивать с данными таблиц. Если они совпадают или оказываются выше, хорошо. Если величина ниже, чем в таблице, тогда нужно увеличить толщину утеплителя или стены, и снова выполнить подсчет. Если в конструкции присутствует воздушная прослойка, которая вентилируется наружным воздухом, тогда в учет не следует брать слои, находящиеся между воздушной камерой и улицей. Как выполнить подсчеты на онлайн калькуляторе Чтобы получить нужные величины, стоит ввести в онлайн калькулятор регион, в котором будет эксплуатироваться постройка, выбранный материал и предполагаемую толщину стен. В сервис занесены сведения по каждой отдельной климатической зоне: t воздуха; средняя температура в отопительный сезон; длительность отопительного сезона; влажность воздуха. Температура и влажность внутри помещения — одинаковы для каждого региона Сведения, одинаковые для всех регионов: температура и влажность воздуха внутри помещения; коэффициенты теплоотдачи внутренних, наружных поверхностей; перепад температур. Чтобы дом был теплым, и в нем сохранялся здоровый микроклимат, при выполнении строительных работ нужно обязательно выполнять расчет теплопроводности материалов стены. Это несложно сделать самостоятельно или воспользовавшись онлайн калькулятором в интернете. Подробнее о том, как пользоваться калькулятором, смотрите в этом видео: Для гарантировано точного определения толщины стен можно обратиться в строительную компанию. Ее специалисты выполнят все необходимые расчеты согласно требованиям нормативных документов. Толщина утеплителя для стен Однослойные стены, выполненные только из обычного керамического или силикатного кирпича, не соответствуют современным нормативным параметрам по теплосбережению. Для обеспечения требуемых теплозащитных характеристик наружных стен необходимо использовать эффективный утеплитель, установленный с наружной стороны или в толще конструкции стен. Применение утеплителя, в многослойных конструкциях наружных стен, позволяет обеспечить требуемую теплозащиту стен во всех регионах России. За счет применения утеплителя потери тепла снижаются приблизительно в 2 раза, уменьшается расход строительных материалов, снижается масса стеновых конструкций, а в помещении создаются требуемые санитарно-гигиенические условия, благоприятные и комфортные для проживания. Расчет теплоизоляции стен Способность ограждений оказывать сопротивление потоку тепла, проходящему из помещения наружу, характеризуется сопротивлением теплопередачи R. Требуемая толщина утеплителя наружной стены вычисляется по формуле: αут – толщина утеплителя, м R тр – нормируемое сопротивление теплопередаче наружной стены, м 2 · °С/Вт; (см. таблица 2) δ – толщина несущей части стены, м λ – коэффициент теплопроводности материала несущей части стены, Вт/(м · °С) (см. таблица 1) λут– коэффициент теплопроводности утеплителя, Вт/(м · °С) (см. таблица 1) r – коэффициент теплотехнической однородности (для штукатурного фасада r=0,9; для слоистой кладки r=0,8) Для многослойных конструкций в формуле (1) δ/λ следует заменить на сумму δi – толщина отдельного слоя многослойной стены; λi – коэффициент теплопроводности материала отдельного слоя многослойной стены. При выполнении теплотехнического расчета системы утепления с воздушным зазором термическое сопротивление наружного облицовочного слоя и воздушного зазора не учитываются. Таблица 1 Материал Плотность, кг/м 3 Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии λ, Вт/(м· о С) Расчетные коэффициенты теплопроводности во влажном состоянии* λА, Вт/(м· о С) λБ, Вт/(м· о С) Бетоны Железобетон 2500 1,69 1,92 2,04 Газобетон 300 0,07 0,08 0,09 400 0,10 0,11 0,12 500 0,12 0,14 0,15 600 0,14 0,17 0,18 700 0,17 0,20 0,21 Кладка из кирпича Глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе 1800 0,56 0,70 0,81 Силикатного на цементно-песчаном растворе 1600 0,70 0,76 0,87 Керамического пустотного плотностью 1400 кг/м 3 (брутто) на цементно-песчаном растворе 1600 0,47 0,58 0,64 Керамического пустотного плотностью 1000 кг/м 3 (брутто) на цементно-песчаном растворе 1200 0,35 0,47 0,52 Силикатного одиннадцати-пустотного на цементно-песчаном растворе 1500 0,64 0,70 0,81 Силикатного четырнадцати-пустотного на цементно-песчаном растворе 1400 0,52 0,64 0,76 Дерево Сосна и ель поперек волокон 500 0,09 0,14 0,18 Сосна и ель вдоль волокон 500 0,18 0,29 0,35 Дуб поперек волокон 700 0,10 0,18 0,23 Дуб вдоль волокон 700 0,23 0,35 0,41 Утеплитель Каменная вата 130-145 0,038 0,040 0,042 Пенополистирол 15-25 0,039 0,041 0,042 Экструдированный пенополистирол 25-35 0,030 0,031 0,032 *λА или λБ принимается к расчету в зависимости от города строительства (см. таблица 2).

СНиП 23-02 Расчетные теплотехнические показатели полимерных строительных материалов и изделий, теплоемкость, теплопроводность и теплоусвоение в зависимости от плотности и влажности, паропроницаемость. Пенополистиролы, пенополиуретаны, пенопласты,…

Материал	Характеристики материалов в сухом состоянии			Расчетные коэффициенты (при условиях эксплуатации по СНиП 23-02)
	плот- ность, кг/м3	удель- ная тепло- емкость, кДж/(кг°С)	коэфф- ициент теплопро- водности, Вт/(м°С)	массового отношения влаги в материале, %		теплопро- водности, Вт/(м°С)		тепло- усвоения (при периоде 24 ч), Вт/(м2°С)		паропро- ницаемости, мг/(мчПа)
				А	Б	А	Б	А	Б	А, Б
Пенополистирол	150	1.34	0.05	1	5	0.052	0.06	0.89	0.99	0.05
Пенополистирол	100	1.34	0.041	2	10	0.041	0.052	0.65	0.82	0.05
Пенополистирол (ГОСТ 15588)	40	1.34	0.037	2	10	0.041	0.05	0.41	0.49	0.05
Пенополистирол ОАО «СП Радослав»	18	1.34	0.042	2	10	0.042	0.043	0.28	0.32	0.02
Пенополистирол ОАО «СП Радослав»	24	1.34	0.04	2	10	0.04	0.041	0.32	0.36	0.02
Экструдированный пенополистирол Стиродур 2500С	25	1.34	0.029	2	10	0.031	0.031	0.28	0.31	0.013
Экструдированный пенополистирол Стиродур 2800С	28	1.34	0.029	2	10	0.031	0.031	0.3	0.33	0.013
Экструдированный пенополистирол Стиродур 3035С	33	1.34	0.029	2	10	0.031	0.031	0.32	0.36	0.013
Экструдированный пенополистирол Стиродур 4000С	35	1.34	0.03	2	10	0.031	0.031	0.34	0.37	0.005
Экструдированный пенополистирол Стиродур 5000С	45	1.34	0.03	2	10	0.031	0.031	0.38	0.42	0.005
Пенополистирол Стиропор PS15	15	1.34	0.039	2	10	0.04	0.044	0.25	0.29	0.035
Пенополистирол Стиропор PS20	20	1.34	0.037	2	10	0.038	0.042	0.28	0.33	0.03
Пенополистирол Стиропор PS30	30	1.34	0.035	2	10	0.036	0.04	0.33	0.39	0.03
Экструдированный пенополистирол «Стайрофоам»	28	1.45	0.029	2	10	0.03	0.031	0.31	0.34	0.006
Экструдированный пенополистирол «Руфмат»	32	1.45	0.028	2	10	0.029	0.029	0.32	0.36	0.006
Экструдированный пенополистирол «Руфмат А»	32	1.45	0.03	2	10	0.032	0.032	0.34	0.37	0.006
Экструдированный пенополистирол «Флурмат 500»	38	1.45	0.027	2	10	0.028	0.028	0.34	0.38	0.006
Экструдированный пенополистирол «Флурмат 500А»	38	1.45	0.03	2	10	0.032	0.032	0.37	0.41	0.006
Экструдированный пенополистирол «Флурмат 200»	25	1.45	0.028	2	10	0.029	0.029	0.28	0.31	0.006
Экструдированный пенополистирол «Флурмат 200А»	25	1.45	0.029	2	10	0.031	0.031	0.29	0.32
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ1	125	1.26	0.052	2	10	0.06	0.064	0.86	0.99	0.23
Пенопласт ПХВ-1 и ПВ1	100	1.26	0.041	2	10	0.05	0.052	0.68	0.8	0.23
Пенополиуретан	80	1.47	0.041	2	5	0.05	0.05	0.67	0.7	0.05
Пенополиуретан	60	1.47	0.035	2	5	0.041	0.041	0.53	0.55	0.05
Пенополиуретан	40	1.47	0.029	2	5	0.04	0.04	0.4	0.42	0.05
Плиты из резольно-фенолфор- мальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916)	90	1.68	0.045	5	20	0.053	0.073	0.81	1.1	0.15
Плиты из резольно-фенолфор- мальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916)	80	1.68	0.044	5	20	0.051	0.071	0.75	1.02	0.23
Плиты из резольно-фенолфор- мальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916)	50	1.68	0.041	5	20	0.045	0.064	0.56	0.77	0.23
Перлитопластбетон	200	1.05	0.041	2	3	0.052	0.06	0.93	1.01	0.008
Перлитопластбетон	100	1.05	0.035	2	3	0.041	0.05	0.58	0.66	0.008
Перлитофосфогелевые изделия	300	1.05	0.076	3	12	0.08	0.12	1.43	2.02	0.2
Перлитофосфогелевые изделия	200	1.05	0.064	3	12	0.07	0.09	1.1	1.43
Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Аэрофлекс»	80	1.806	0.034	5	15	0.04	0.054	0.65	0.71	0.003
Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «К флекс» ЕС	70	1.806	0.039	0	0	0.039	0.039	0.6	0.6	0.01
Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «К флекс» ST	70	1.806	0.039	0	0	0.039	0.039	0.6	0.6	0.009
Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «К флекс» ЕСО	73	1.806	0.041	0	0	0.041	0.041	0.65	0.65	0.01
Экструзионный пенополистирол «Пеноплэкс», тип 35	35	1.65	0.028	2	3	0.029	0.03	0.36	0.37	0.018
Экструзионный пенополистирол «Пеноплэкс», тип 45	45	1.53	0.03	2	3	0.031	0.032	0.4	0.42	0.015

Расчет сопротивления теплопроводности стены для Новосибирска

Расчет произведен в соответствии с требованиями следующих нормативных документов:
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий»
СП 131-13330-2012 «Строительная климатология»

 

1. Исходные данные:
Район строительства: Новосибирск
Тип здания или помещения: Жилое
Вид ограждающей конструкции: Наружные стены

 

2. Климатические параметры
Значение расчетной температуры внутреннего воздуха t_int для жилых помещений определено в соответствии с ГОСТ 30494–2011:

t_int=21⁰С

Значение расчетной температуры наружного воздуха t_ext принято по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1), равной значению средней температуры наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92:

t_ext= -37⁰С

Продолжительность отопительного периода Z_ht определена по СП 131-13330-2012 (Таблица 2):

Z_ht=221⁰сут

Средняя температура наружного воздуха за отопительный период t_ext^av принята по СП 131-13330-2012 (Таблица 3.1):

t_ext^av = -8,1⁰С

Градусо–сутки отопительного периода D_d определены по СНиП 23-02-2003 (Формула 2):

D_d = (t_int— t_ext^av) х Z_ht = (21+8,1) х 221= 6431 ⁰С сут

 

 

3. Нормируемые теплоэнергетические параметры
Согласно п.5.3 СНиП 23-02-2003 нормируемое сопротивление теплопередаче определяется по формуле R=a•D_d+b (Таблица 4. (1)) и равно при расчетных условиях:

R_w^reg = 0,00035 х 6431 + 1,4 = 3,65 м²⁰С/Вт

где коэффициенты a и b для наружных стен жилых зданий принимаются из Таблицы 4 СНиП 23-02-2003

 

4. Приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
Приведенное сопротивление теплопередачи ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

R_w^r = (1/8,7 + δ₁/ λ_a1 + δ₂/ λ_a2 + δ₃/ λ_a3 + … + 1/23) x r,

где
δ₁… — толщина ограждающего слоя №1… в метрах;
λ_a1 – расчетный коэффициент теплопроводности материала №1… в условиях эксплуатации А;
r – коэффициент теплотехнической однородности в растворных швах. Определяется по таблице… или рассчитывается на основе данных толщины растворного шва, применяемого раствора, используемой арматуры;

Для сравнения свойств теплопроводности самого материала условимся, что растворного шва не существует и поэтому коэффициент теплотехнической однородности будет равен:

r = 1

 

Важно! В расчетах необходимо использовать расчетный коэф. теплопроводности в условиях «А». Эти условия учитывают тепло-влажностные процессы во время проживания. Некоторые производители лукавят, когда производят подобные расчеты с применением λ_сух . Для высушенного материала λ_сух меньше чем λ_a, следовательно, толщина стены будет подсчитана неверно, так как в естественных условиях стена ни когда не будет сухой и будет обладать своей естественной влажностью.

 

Пример расчета приведенного сопротивления теплопередачи для наружной стены, выполненной из автоклавного газобетона:

Автоклавный газобетон (p=600кг/м³) ГОСТ 31359-2007 приложение А, коэффициент теплопроводности λ_а=0,160Вт/(м°С), толщина δ=560мм

R_w^r = (1/8,7 + 0,560/0,160 + 1/23) x 1= 3,66 м²⁰С/Вт

Сравниваем с нормируемым значением:

R_w^r = 3,66 м²⁰С/Вт  >  R_w^reg =3,65 м²⁰С/Вт

Таким образом, минимальная толщина стены для автоклавного газобетона марки по плотности D600 должна быть не меньше 581мм. При этом мы помним, что блоки укладываются на клей с использованием армирующей сетки и следовательно толщина стены будет немного больше, так как в этом случае коэф. теплотехнической однородности r будет меньше 1.

На данном примере определены толщины наружных стен для поризованного блока, неавтоклавного газобетона, пенобетона, арболита и полистиролбетона.

 

Таблица №1. Толщина наружной стены, рассчитанной по нормам СНиП применительно к Новосибирской области.

 

Наименование	Газобетон автоклав.	Поризованный блок	Газобетон неавтоклав.	Пенобетон	Арболит	Полистирол бетон
ГОСТ	31359-2007	530-2012	25485-89	25485-89	19222-84	33929-2016
Марка по плотности	D600	—	D600	D600	D600	D450
Марка по прочности	B2,5	М100	B2,0	В2,0	В1,5	В1,5
Морозостойоксть	F100	F50	F50	F75	F50	F200
Плотность, кг/м3	600	800	600	600	600	450
Коэф. теплопроводности:
λ сух., Вт/(м°С)	0,122	0,180	0,140	0,140	0,120	0,105
λa (Нов-кая обл.), Вт/(м°С)	0,160	0,210	0,160	0,160	0,180	0,118
Нормируемое сопротивление теплопередаче для Новосибирской обл., м2  0С/Вт	3,65
Толщина стены, удовлетворяющий требованиям СНиП, мм	560	740	560	560	630	413

 

Среди представленных образцов, самым теплым материалом для наружной стены оказался полистиролбетон. Если вы решили строить здание 2 — 3 этажа, то блоки из полистиролбетона — разумный выбор с точки зрения сохранения тепла, прочности, водопоглощения, и других характеристик.

 

Таблица Теплопроводности строительных материалов

Вид строительного материала	Коэффициент теплопроводности материалов, Вт/(м·°C)
	Строительный материал в сухом состоянии	Условия А для материала («обычные»)	Условия Б для материала («влажные»)
Теплопроводность Шерстяного войлока	0,045
Теплопроводность Цементно-песчаного раствора	0,58	0,76	0,93
Теплопроводность Известково-песчаного раствора	0,47	0,7	0,81
Теплопроводность обычной Гипсовой штукатурки	0,25
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. При плотности — 180 кг/куб.м.	0,038	0,045	0,048
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. При плотности — 140-175 куб.м.	0,037	0,043	0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной.  При плотности 80-125 куб.м.	0,036	0,042	0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. При плотности — 40-60 куб.м.	0,035	0,041	0,044
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. При плотности — 25-50 куб.м.	0,036	0,042	0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. При плотности — 85 куб.м.	0,044	0,046	0,05
Теплопроводность Ваты Минеральной, каменной. При плотности — 75 куб.м.	0,04	0,042	0,047
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. При плотности — 60 куб.м.	0,038	0,04	0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. При плотности — 45 куб.м.	0,039	0,041	0,045
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной.  При плотности — 35 куб.м.	0,039	0,041	0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. При плотности — 30 куб.м.	0,04	0,042	0,046
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. При плотности — 20 куб.м.	0,04	0,043	0,048
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. При плотности — 17 куб.м.	0,044	0,047	0,053
Теплопроводность Ваты Минеральной, стеклянной. При плотности — 15 куб.м.	0,046	0,049	0,055
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе. При плотности — 1000 куб.м.	0,29	0,38	0,43
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе. При плотности — 800 куб.м.	0,21	0,33	0,37
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе. При плотности — 600 куб.м.	0,14	0,22	0,26
Газобетон и пенобетон на цементном вяжущем портландцементе. При плотности — 400 куб.м.	0,11	0,14	0,15
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе. При плотности — 1000 куб.м.	0,31	0,48	0,55
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе. При плотности — 800 куб.м.	0,23	0,39	0,45
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе. При плотности — 600 куб.м.	0,15	0,28	0,34
Газобетон и пенобетон на известняковом вяжущем портландцементе. При плотности — 400 куб.м.	0,13	0,22	0,28
Теплопроводность Сосны и ели (волокна поперек).	0,09	0,14	0,18
Теплопроводность Сосны и ели (волокна вдоль).	0,18	0,29	0,35
Теплопроводность Дуба (волокна поперек).	0,10	0,18	0,23
Теплопроводность Дуба (волокна вдоль).	0,23	0,35	0,41
Теплопроводность Меди	382 — 390
Теплопроводность Алюминия	202 — 236
Теплопроводность Латуни	97 — 111
Теплопроводность Железа	92
Теплопроводность Олова	67
Теплопроводность Стали	47
Теплопроводность Стекла оконного	0,76
Теплопроводность Аргона	0,0177
Теплопроводность Ксенона	0,0057
Теплопроводность Арболита	0,07 — 0,17
Теплопроводность Пробкового дерева	0,035
Теплопроводность Железобетона. При плотности — 2500 куб.м.	1,69	1,92	2,04
Теплопроводность Бетона на щебне илигравии. При плотности — 2400 куб.м.	1,51	1,74	1,86
Теплопроводность Керамзитобетона. При плотности — 1800 куб.м.	0,66	0,80	0,92
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 1600 куб.м.	0,58	0,67	0,79
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 1400 куб.м.	0,47	0,56	0,65
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 1200 куб.м.	0,36	0,44	0,52
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 1000 куб.м.	0,27	0,33	0,41
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 800 куб.м.	0,21	0,24	0,31
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 600 куб.м.	0,16	0,2	0,26
Теплопроводность Керамзитобетона.  При плотности — 500 куб.м.	0,14	0,17	0,23
Теплопроводность Кирпича керамический полнотелого. При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,56	0,7	0,81
Теплопроводность Кирпича силикатного. При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,70	0,76	0,87
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого (плотность 1400 куб.м. с учетом пустот). При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,47	0,58	0,64
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого. При плотности- 1300 куб.м. с учетом пустот. При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,41	0,52	0,58
Теплопроводность Кирпича керамического пустотелого. При плотности- 1000 куб.м. с учетом пустот. При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,35	0,47	0,52
Теплопроводность Кирпича силикатного, 11 пустот (плотность 1500 куб.м.). При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,64	0,7	0,81
Теплопроводность Кирпича силикатного, 14 пустот. Плотность 1400 куб.м.. При кладке на цементно-песчанный раствор.	0,52	0,64	0,76
Теплопроводность Гранита	3,49	3,49	3,49
Теплопроводность Мрамора	2,91	2,91	2,91
Теплопроводность Известняка. При плотности — 2000 куб.м.	0,93	1,16	1,28
Теплопроводность Известняка. При плотности — 1800 куб.м.	0,7	0,93	1,05
Теплопроводность Известняка. При плотности — 1600 куб.м.	0,58	0,73	0,81
Теплопроводность Известняка. При плотности — 1400 куб.м.	0,49	0,56	0,58
Теплопроводность Туфа. При плотности — 2000 куб.м.	0,76	0,93	1,05
Теплопроводность Туфа. При плотности — 1800 куб.м.	0,56	0,7	0,81
Теплопроводность Туфа. При плотности — 1600 куб.м.	0,41	0,52	0,64
Теплопроводность Туфа. При плотности — 1400 куб.м.	0,33	0,43	0,52
Теплопроводность Туфа. При плотности — 1200 куб.м.	0,27	0,35	0,41
Теплопроводность Туфа. При плотности — 1000 куб.м.	0,21	0,24	0,29
Теплопроводность Песок строительного (сухого, в соответствии с ГОСТ 8736-77). При плотности — 1600 куб.м.	0,35
Теплопроводность — Фанера клееная	0,12	0,15	0,18
Теплопроводность ДСП, ДВП. При плотности — 1000 куб.м.	0,15	0,23	0,29
Теплопроводность ДСП, ДВП. При плотности — 800 куб.м.	0,13	0,19	0,23
Теплопроводность ДСП, ДВП. При плотности — 600 куб.м.	0,11	0,13	0,16
Теплопроводность ДСП, ДВП. При плотности — 400 куб.м.	0,08	0,11	0,13
Теплопроводность ДСП, ДВП. При плотности — 200 куб.м.	0,06	0,07	0,08
Теплопроводность Пакли	0,05	0,06	0,07
Теплопроводность Гипсокартона. Листы гипсовые обшивочные. При плотности — 1050 куб.м.	0,15	0,34	0,36
Теплопроводность Гипсокартона. Листы гипсовые обшивочные. При плотности — 800 куб.м.	0,15	0,19	0,21
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на теплоизолирующей основе.  При плотности — 1800 куб.м.	0,38	0,38	0,38
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на теплоизолирующей основе. При плотности — 1600 куб.м.	0,33	0,33	0,33
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1800 куб.м.	0,35	0,35	0,35
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1600 куб.м.	0,29	0,29	0,29
Теплопроводность Линолеума из ПВХ на тканевой основе. При плотности — 1400 куб.м.	0,2	0,23	0,23
Теплопроводность, Эковата	0,037 — 0,042
Телопропводность Гравия и Керамзита. При плотности — 250 куб.м.	0,099 — 0,1	0,11	0,12
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 300 куб.м.	0,108	0,12	0,13
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 350 куб.м.	0,115 — 0,12	0,125	0,14
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 400 куб.м.	0,12	0,13	0,145
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 450 куб.м.	0,13	0,14	0,155
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 500 куб.м.	0,14	0,15	0,165
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 600 куб.м.	0,14	0,17	0,19
Телопроводность Гравия и Керамзита. При плотности — 800 куб.м.	0,18
Теплопроводность Гипсоплита. При плотности — 1350 куб.м..	0,35	0,50	0,56
Теплопроводность Гипсоплита. При плотности — 1100 куб.м.	0,23	0,35	0,41

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость: таблица теплопроводности материалов

ABS (АБС пластик)	1030…1060	0.13…0.22	1300…2300
Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках	1000…1800	0.29…0.7	840
Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—72	1100…1200	0.21	—
Альфоль	20…40	0.118…0.135	—
Алюминий (ГОСТ 22233-83)	2600	221	897
Асбест волокнистый	470	0.16	1050
Асбестоцемент	1500…1900	1.76	1500
Асбестоцементный лист	1600	0.4	1500
Асбозурит	400…650	0.14…0.19	—
Асбослюда	450…620	0.13…0.15	—
Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78)	1500…1700	—	1670
Асботермит	500	0.116…0.14	—
Асбошифер с высоким содержанием асбеста	1800	0.17…0.35	—
Асбошифер с 10-50% асбеста	1800	0.64…0.52	—
Асбоцемент войлочный	144	0.078	—
Асфальт	1100…2110	0.7	1700…2100
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84)	2100	1.05	1680
Асфальт в полах	—	0.8	—
Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM	1400	0.22	—
Аэрогель (Aspen aerogels)	110…200	0.014…0.021	700
Базальт	2600…3000	3.5	850
Бакелит	1250	0.23	—
Бальза	110…140	0.043…0.052	—
Береза	510…770	0.15	1250
Бетон легкий с природной пемзой	500…1200	0.15…0.44	—
Бетон на гравии или щебне из природного камня	2400	1.51	840
Бетон на вулканическом шлаке	800…1600	0.2…0.52	840
Бетон на доменных гранулированных шлаках	1200…1800	0.35…0.58	840
Бетон на зольном гравии	1000…1400	0.24…0.47	840
Бетон на каменном щебне	2200…2500	0.9…1.5	—
Бетон на котельном шлаке	1400	0.56	880
Бетон на песке	1800…2500	0.7	710
Бетон на топливных шлаках	1000…1800	0.3…0.7	840
Бетон силикатный плотный	1800	0.81	880
Бетон сплошной	—	1.75	—
Бетон термоизоляционный	500	0.18	—
Битумоперлит	300…400	0.09…0.12	1130
Битумы нефтяные строительные и кровельные (ГОСТ 6617-76, ГОСТ 9548-74)	1000…1400	0.17…0.27	1680
Блок газобетонный	400…800	0.15…0.3	—
Блок керамический поризованный	—	0.2	—
Бронза	7500…9300	22…105	400
Бумага	700…1150	0.14	1090…1500
Бут	1800…2000	0.73…0.98	—
Вата минеральная легкая	50	0.045	920
Вата минеральная тяжелая	100…150	0.055	920
Вата стеклянная	155…200	0.03	800
Вата хлопковая	30…100	0.042…0.049	—
Вата хлопчатобумажная	50…80	0.042	1700
Вата шлаковая	200	0.05	750
Вермикулит (в виде насыпных гранул) ГОСТ 12865-67	100…200	0.064…0.076	840
Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865-67) — засыпка	100…200	0.064…0.074	840
Вермикулитобетон	300…800	0.08…0.21	840
Воздух сухой при 20°С	1.205	0.0259	1005
Войлок шерстяной	150…330	0.045…0.052	1700
Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат	280…1000	0.07…0.21	840
Газо- и пенозолобетон	800…1200	0.17…0.29	840
Гетинакс	1350	0.23	1400
Гипс формованный сухой	1100…1800	0.43	1050
Гипсокартон	500…900	0.12…0.2	950
Гипсоперлитовый раствор	—	0.14	—
Гипсошлак	1000…1300	0.26…0.36	—
Глина	1600…2900	0.7…0.9	750
Глина огнеупорная	1800	1.04	800
Глиногипс	800…1800	0.25…0.65	—
Глинозем	3100…3900	2.33	700…840
Гнейс (облицовка)	2800	3.5	880
Гравий (наполнитель)	1850	0.4…0.93	850
Гравий керамзитовый (ГОСТ 9759-83) — засыпка	200…800	0.1…0.18	840
Гравий шунгизитовый (ГОСТ 19345-83) — засыпка	400…800	0.11…0.16	840
Гранит (облицовка)	2600…3000	3.5	880
Грунт 10% воды	—	1.75	—
Грунт 20% воды	1700	2.1	—
Грунт песчаный	—	1.16	900
Грунт сухой	1500	0.4	850
Грунт утрамбованный	—	1.05	—
Гудрон	950…1030	0.3	—
Доломит плотный сухой	2800	1.7	—
Дуб вдоль волокон	700	0.23	2300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)	700	0.1	2300
Дюралюминий	2700…2800	120…170	920
Железо	7870	70…80	450
Железобетон	2500	1.7	840
Железобетон набивной	2400	1.55	840
Зола древесная	780	0.15	750
Золото	19320	318	129
Известняк (облицовка)	1400…2000	0.5…0.93	850…920
Изделия из вспученного перлита на битумном связующем (ГОСТ 16136-80)	300…400	0.067…0.11	1680
Изделия вулканитовые	350…400	0.12	—
Изделия диатомитовые	500…600	0.17…0.2	—
Изделия ньювелитовые	160…370	0.11	—
Изделия пенобетонные	400…500	0.19…0.22	—
Изделия перлитофосфогелевые	200…300	0.064…0.076	—
Изделия совелитовые	230…450	0.12…0.14	—
Иней	—	0.47	—
Ипорка (вспененная смола)	15	0.038	—
Каменноугольная пыль	730	0.12	—
Камень керамический поризованный Braer 14,3 НФ и 10,7 НФ	810…840	0.14…0.185	—
Камни многопустотные из легкого бетона	500…1200	0.29…0.6	—
Камни полнотелые из легкого бетона DIN 18152	500…2000	0.32…0.99	—
Камни полнотелые из природного туфа или вспученной глины	500…2000	0.29…0.99	—
Камень строительный	2200	1.4	920
Карболит черный	1100	0.23	1900
Картон асбестовый изолирующий	720…900	0.11…0.21	—
Картон гофрированный	700	0.06…0.07	1150
Картон облицовочный	1000	0.18	2300
Картон парафинированный	—	0.075	—
Картон плотный	600…900	0.1…0.23	1200
Картон пробковый	145	0.042	—
Картон строительный многослойный (ГОСТ 4408-75)	650	0.13	2390
Картон термоизоляционный (ГОСТ 20376-74)	500	0.04…0.06	—
Каучук вспененный	82	0.033	—
Каучук вулканизированный твердый серый	—	0.23	—
Каучук вулканизированный мягкий серый	920	0.184	—
Каучук натуральный	910	0.18	1400
Каучук твердый	—	0.16	—
Каучук фторированный	180	0.055…0.06	—
Кедр красный	500…570	0.095	—
Кембрик лакированный	—	0.16	—
Керамзит	800…1000	0.16…0.2	750
Керамзитовый горох	900…1500	0.17…0.32	750
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией	800…1200	0.23…0.41	840
Керамзитобетон легкий	500…1200	0.18…0.46	—
Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон	500…1800	0.14…0.66	840
Керамзитобетон на перлитовом песке	800…1000	0.22…0.28	840
Керамика	1700…2300	1.5	—
Керамика теплая	—	0.12	—
Кирпич доменный (огнеупорный)	1000…2000	0.5…0.8	—
Кирпич диатомовый	500	0.8	—
Кирпич изоляционный	—	0.14	—
Кирпич карборундовый	1000…1300	11…18	700
Кирпич красный плотный	1700…2100	0.67	840…880
Кирпич красный пористый	1500	0.44	—
Кирпич клинкерный	1800…2000	0.8…1.6	—
Кирпич кремнеземный	—	0.15	—
Кирпич облицовочный	1800	0.93	880
Кирпич пустотелый	—	0.44	—
Кирпич силикатный	1000…2200	0.5…1.3	750…840
Кирпич силикатный с тех. пустотами	—	0.7	—
Кирпич силикатный щелевой	—	0.4	—
Кирпич сплошной	—	0.67	—
Кирпич строительный	800…1500	0.23…0.3	800
Кирпич трепельный	700…1300	0.27	710
Кирпич шлаковый	1100…1400	0.58	—
Кладка бутовая из камней средней плотности	2000	1.35	880
Кладка газосиликатная	630…820	0.26…0.34	880
Кладка из газосиликатных теплоизоляционных плит	540	0.24	880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-перлитовом растворе	1600	0.47	880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе	1800	0.56	880
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-шлаковом растворе	1700	0.52	880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1000…1400	0.35…0.47	880
Кладка из малоразмерного кирпича	1730	0.8	880
Кладка из пустотелых стеновых блоков	1220…1460	0.5…0.65	880
Кладка из силикатного 11-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1500	0.64	880
Кладка из силикатного 14-ти пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе	1400	0.52	880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе	1800	0.7	880
Кладка из трепельного кирпича (ГОСТ 648-73) на цементно-песчаном растворе	1000…1200	0.29…0.35	880
Кладка из ячеистого кирпича	1300	0.5	880
Кладка из шлакового кирпича на цементно-песчаном растворе	1500	0.52	880
Кладка «Поротон»	800	0.31	900
Клен	620…750	0.19	—
Кожа	800…1000	0.14…0.16	—
Композиты технические	—	0.3…2	—
Краска масляная (эмаль)	1030…2045	0.18…0.4	650…2000
Кремний	2000…2330	148	714
Кремнийорганический полимер КМ-9	1160	0.2	1150
Латунь	8100…8850	70…120	400
Лед -60°С	924	2.91	1700
Лед -20°С	920	2.44	1950
Лед 0°С	917	2.21	2150
Линолеум поливинилхлоридный многослойный (ГОСТ 14632-79)	1600…1800	0.33…0.38	1470
Линолеум поливинилхлоридный на тканевой подоснове (ГОСТ 7251-77)	1400…1800	0.23…0.35	1470
Липа, (15% влажности)	320…650	0.15	—
Лиственница	670	0.13	—
Листы асбестоцементные плоские (ГОСТ 18124-75)	1600…1800	0.23…0.35	840
Листы вермикулитовые	—	0.1	—
Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) ГОСТ 6266	800	0.15	840
Листы пробковые легкие	220	0.035	—
Листы пробковые тяжелые	260	0.05	—
Магнезия в форме сегментов для изоляции труб	220…300	0.073…0.084	—
Мастика асфальтовая	2000	0.7	—
Маты, холсты базальтовые	25…80	0.03…0.04	—
Маты и полосы из стеклянного волокна прошивные (ТУ 21-23-72-75)	150	0.061	840
Маты минераловатные прошивные (ГОСТ 21880-76) и на синтетическом связующем (ГОСТ 9573-82)	50…125	0.048…0.056	840
МБОР-5, МБОР-5Ф, МБОР-С-5, МБОР-С2-5, МБОР-Б-5 (ТУ 5769-003-48588528-00)	100…150	0.045	—
Мел	1800…2800	0.8…2.2	800…880
Медь (ГОСТ 859-78)	8500	407	420
Миканит	2000…2200	0.21…0.41	250
Мипора	16…20	0.041	1420
Морозин	100…400	0.048…0.084	—
Мрамор (облицовка)	2800	2.9	880
Накипь котельная (богатая известью, при 100°С)	1000…2500	0.15…2.3	—
Накипь котельная (богатая силикатом, при 100°С)	300…1200	0.08…0.23	—
Настил палубный	630	0.21	1100
Найлон	—	0.53	—
Нейлон	1300	0.17…0.24	1600
Неопрен	—	0.21	1700
Опилки древесные	200…400	0.07…0.093	—
Пакля	150	0.05	2300
Панели стеновые из гипса DIN 1863	600…900	0.29…0.41	—
Парафин	870…920	0.27	—
Паркет дубовый	1800	0.42	1100
Паркет штучный	1150	0.23	880
Паркет щитовой	700	0.17	880
Пемза	400…700	0.11…0.16	—
Пемзобетон	800…1600	0.19…0.52	840
Пенобетон	300…1250	0.12…0.35	840
Пеногипс	300…600	0.1…0.15	—
Пенозолобетон	800…1200	0.17…0.29	—
Пенопласт ПС-1	100	0.037	—
Пенопласт ПС-4	70	0.04	—
Пенопласт ПХВ-1 (ТУ 6-05-1179-75) и ПВ-1 (ТУ 6-05-1158-78)	65…125	0.031…0.052	1260
Пенопласт резопен ФРП-1	65…110	0.041…0.043	—
Пенополистирол (ГОСТ 15588-70)	40	0.038	1340
Пенополистирол (ТУ 6-05-11-78-78)	100…150	0.041…0.05	1340
Пенополистирол Пеноплэкс	22…47	0.03…0.036	1600
Пенополиуретан (ТУ В-56-70, ТУ 67-98-75, ТУ 67-87-75)	40…80	0.029…0.041	1470
Пенополиуретановые листы	150	0.035…0.04	—
Пенополиэтилен	—	0.035…0.05	—
Пенополиуретановые панели	—	0.025	—
Пеносиликальцит	400…1200	0.122…0.32	—
Пеностекло легкое	100..200	0.045…0.07	—
Пеностекло или газо-стекло (ТУ 21-БССР-86-73)	200…400	0.07…0.11	840
Пенофол	44…74	0.037…0.039	—
Пергамент	—	0.071	—
Пергамин (ГОСТ 2697-83)	600	0.17	1680
Перекрытие армокерамическое с бетонным заполнением без штукатурки	1100…1300	0.7	850
Перекрытие из железобетонных элементов со штукатуркой	1550	1.2	860
Перекрытие монолитное плоское железобетонное	2400	1.55	840
Перлит	200	0.05	—
Перлит вспученный	100	0.06	—
Перлитобетон	600…1200	0.12…0.29	840
Перлитопласт-бетон (ТУ 480-1-145-74)	100…200	0.035…0.041	1050
Перлитофосфогелевые изделия (ГОСТ 21500-76)	200…300	0.064…0.076	1050
Песок 0% влажности	1500	0.33	800
Песок 10% влажности	—	0.97	—
Песок 20% влажности	—	1.33	—
Песок для строительных работ (ГОСТ 8736-77)	1600	0.35	840
Песок речной мелкий	1500	0.3…0.35	700…840
Песок речной мелкий (влажный)	1650	1.13	2090
Песчаник обожженный	1900…2700	1.5	—
Пихта	450…550	0.1…0.26	2700
Плита бумажная прессованая	600	0.07	—
Плита пробковая	80…500	0.043…0.055	1850
Плита огнеупорная теплоизоляционная Avantex марки Board	200…500	0.04	—
Плитка облицовочная, кафельная	2000	1.05	—
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	—	0.04	—
Плиты алебастровые	—	0.47	750
Плиты из гипса ГОСТ 6428	1000…1200	0.23…0.35	840
Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные (ГОСТ 4598-74, ГОСТ 10632-77)	200…1000	0.06…0.15	2300
Плиты из керзмзито-бетона	400…600	0.23	—
Плиты из полистирол-бетона ГОСТ Р 51263-99	200…300	0.082	—
Плиты из резольноформальдегидного пенопласта (ГОСТ 20916-75)	40…100	0.038…0.047	1680
Плиты из стеклянного штапельного волокна на синтетическом связующем (ГОСТ 10499-78)	50	0.056	840
Плиты из ячеистого бетона ГОСТ 5742-76	350…400	0.093…0.104	—
Плиты камышитовые	200…300	0.06…0.07	2300
Плиты кремнезистые		0.07	—
Плиты льнокостричные изоляционные	250	0.054	2300
Плиты минераловатные на битумной связке марки 200 ГОСТ 10140-80	150…200	0.058	—
Плиты минераловатные на синтетическом связующем марки 200 ГОСТ 9573-96	225	0.054	—
Плиты минераловатные на синтетической связке фирмы «Партек» (Финляндия)	170…230	0.042…0.044	—
Плиты минераловатные повышенной жесткости ГОСТ 22950-95	200	0.052	840
Плиты минераловатные повышенной жесткости на органофосфатном связующем (ТУ 21-РСФСР-3-72-76)	200	0.064	840
Плиты минераловатные полужесткие на крахмальном связующем	125…200	0.056…0.07	840
Плиты минераловатные на синтетическом и битумном связующих	—	0.048…0.091	—
Плиты мягкие, полужесткие и жесткие минераловатные на синтетическом и битумном связующих (ГОСТ 9573-82, ГОСТ 10140-80, ГОСТ 12394-66)	50…350	0.048…0.091	840
Плиты пенопластовые на основе резольных фенолформальдегидных смол ГОСТ 20916-87	80…100	0.045	—
Плиты пенополистирольные ГОСТ 15588-86 безпрессовые	30…35	0.038	—
Плиты пенополистирольные (экструзионные) ТУ 2244-001-47547616-00	32	0.029	—
Плиты перлито-битумные ГОСТ 16136-80	300	0.087	—
Плиты перлито-волокнистые	150	0.05	—
Плиты перлито-фосфогелевые ГОСТ 21500-76	250	0.076	—
Плиты перлито-1 Пластбетонные ТУ 480-1-145-74	150	0.044	—
Плиты перлитоцементные	—	0.08	—
Плиты строительный из пористого бетона	500…800	0.22…0.29	—
Плиты термобитумные теплоизоляционные	200…300	0.065…0.075	—
Плиты торфяные теплоизоляционные (ГОСТ 4861-74)	200…300	0.052…0.064	2300
Плиты фибролитовые (ГОСТ 8928-81) и арболит (ГОСТ 19222-84) на портландцементе	300…800	0.07…0.16	2300
Покрытие ковровое	630	0.2	1100
Покрытие синтетическое (ПВХ)	1500	0.23	—
Пол гипсовый бесшовный	750	0.22	800
Поливинилхлорид (ПВХ)	1400…1600	0.15…0.2	—
Поликарбонат (дифлон)	1200	0.16	1100
Полипропилен (ГОСТ 26996– 86)	900…910	0.16…0.22	1930
Полистирол УПП1, ППС	1025	0.09…0.14	900
Полистиролбетон (ГОСТ 51263)	150…600	0.052…0.145	1060
Полистиролбетон модифицированный на активированном пластифицированном шлакопортландцементе	200…500	0.057…0.113	1060
Полистиролбетон модифицированный на композиционном малоклинкерном вяжущем в стеновых блоках и плитах	200…500	0.052…0.105	1060
Полистиролбетон модифицированный монолитный на портландцементе	250…300	0.075…0.085	1060
Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе в стеновых блоках и плитах	200…500	0.062…0.121	1060
Полиуретан	1200	0.32	—
Полихлорвинил	1290…1650	0.15	1130…1200
Полиэтилен высокой плотности	955	0.35…0.48	1900…2300
Полиэтилен низкой плотности	920	0.25…0.34	1700
Поролон	34	0.04	—
Портландцемент (раствор)	—	0.47	—
Прессшпан	—	0.26…0.22	—
Пробка гранулированная техническая	45	0.038	1800
Пробка минеральная на битумной основе	270…350	0.073…0.096	—
Пробковое покрытие для полов	540	0.078	—
Ракушечник	1000…1800	0.27…0.63	835
Раствор гипсовый затирочный	1200	0.5	900
Раствор гипсоперлитовый	600	0.14	840
Раствор гипсоперлитовый поризованный	400…500	0.09…0.12	840
Раствор известковый	1650	0.85	920
Раствор известково-песчаный	1400…1600	0.78	840
Раствор легкий LM21, LM36	700…1000	0.21…0.36	—
Раствор сложный (песок, известь, цемент)	1700	0.52	840
Раствор цементный, цементная стяжка	2000	1.4	—
Раствор цементно-песчаный	1800…2000	0.6…1.2	840
Раствор цементно-перлитовый	800…1000	0.16…0.21	840
Раствор цементно-шлаковый	1200…1400	0.35…0.41	840
Резина мягкая	—	0.13…0.16	1380
Резина твердая обыкновенная	900…1200	0.16…0.23	1350…1400
Резина пористая	160…580	0.05…0.17	2050
Рубероид (ГОСТ 10923-82)	600	0.17	1680
Руда железная	—	2.9	—
Сажа ламповая	170	0.07…0.12	—
Сера ромбическая	2085	0.28	762
Серебро	10500	429	235
Сланец глинистый вспученный	400	0.16	—
Сланец	2600…3300	0.7…4.8	—
Слюда вспученная	100	0.07	—
Слюда поперек слоев	2600…3200	0.46…0.58	880
Слюда вдоль слоев	2700…3200	3.4	880
Смола эпоксидная	1260…1390	0.13…0.2	1100
Снег свежевыпавший	120…200	0.1…0.15	2090
Снег лежалый при 0°С	400…560	0.5	2100
Сосна и ель вдоль волокон	500	0.18	2300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)	500	0.09	2300
Сосна смолистая 15% влажности	600…750	0.15…0.23	2700
Сталь стержневая арматурная (ГОСТ 10884-81)	7850	58	482
Стекло оконное (ГОСТ 111-78)	2500	0.76	840
Стекловата	155…200	0.03	800
Стекловолокно	1700…2000	0.04	840
Стеклопластик	1800	0.23	800
Стеклотекстолит	1600…1900	0.3…0.37	—
Стружка деревянная прессованая	800	0.12…0.15	1080
Стяжка ангидритовая	2100	1.2	—
Стяжка из литого асфальта	2300	0.9	—
Текстолит	1300…1400	0.23…0.34	1470…1510
Термозит	300…500	0.085…0.13	—
Тефлон	2120	0.26	—
Ткань льняная	—	0.088	—
Толь (ГОСТ 10999-76)	600	0.17	1680
Тополь	350…500	0.17	—
Торфоплиты	275…350	0.1…0.12	2100
Туф (облицовка)	1000…2000	0.21…0.76	750…880
Туфобетон	1200…1800	0.29…0.64	840
Уголь древесный кусковой (при 80°С)	190	0.074	—
Уголь каменный газовый	1420	3.6	—
Уголь каменный обыкновенный	1200…1350	0.24…0.27	—
Фарфор	2300…2500	0.25…1.6	750…950
Фанера клееная (ГОСТ 3916-69)	600	0.12…0.18	2300…2500
Фибра красная	1290	0.46	—
Фибролит (серый)	1100	0.22	1670
Целлофан	—	0.1	—
Целлулоид	1400	0.21	—
Цементные плиты	—	1.92	—
Черепица бетонная	2100	1.1	—
Черепица глиняная	1900	0.85	—
Черепица из ПВХ асбеста	2000	0.85	—
Чугун	7220	40…60	500
Шевелин	140…190	0.056…0.07	—
Шелк	100	0.038…0.05	—
Шлак гранулированный	500	0.15	750
Шлак доменный гранулированный	600…800	0.13…0.17	—
Шлак котельный	1000	0.29	700…750
Шлакобетон	1120…1500	0.6…0.7	800
Шлакопемзобетон (термозитобетон)	1000…1800	0.23…0.52	840
Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон	800…1600	0.17…0.47	840
Штукатурка гипсовая	800	0.3	840
Штукатурка известковая	1600	0.7	950
Штукатурка из синтетической смолы	1100	0.7	—
Штукатурка известковая с каменной пылью	1700	0.87	920
Штукатурка из полистирольного раствора	300	0.1	1200
Штукатурка перлитовая	350…800	0.13…0.9	1130
Штукатурка сухая	—	0.21	—
Штукатурка утепляющая	500	0.2	—
Штукатурка фасадная с полимерными добавками	1800	1	880
Штукатурка цементная	—	0.9	—
Штукатурка цементно-песчаная	1800	1.2	—
Шунгизитобетон	1000…1400	0.27…0.49	840
Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832-83) — засыпка	200…600	0.064…0.11	840
Щебень из доменного шлака (ГОСТ 5578-76), шлаковой пемзы (ГОСТ 9760-75) и аглопорита (ГОСТ 11991-83) — засыпка	400…800	0.12…0.18	840
Эбонит	1200	0.16…0.17	1430
Эбонит вспученный	640	0.032	—
Эковата	35…60	0.032…0.041	2300
Энсонит (прессованный картон)	400…500	0.1…0.11	—
Эмаль (кремнийорганическая)	—	0.16…0.27	—

Утепление по СНиП, или как снизить расходы на отопление

Rо = 0,64м/0,58 = 1,1 м²х°С/Вт.

Рекомендуемое значение Rreg для Нижнего Новгорода – 3,36 м²х°С/Вт., чему совсем не удовлетворяет наш расчет. В таком доме зимой будет холодно, потребуются более мощные отопительные приборы и счета за оплату будут значительно выше, чем у утепленного дома по СНиП.

Проверим тогда, какой должна быть толщина стены, чтобы она удовлетворяла нормам?

d = Rreg * λ 

d = 3,36 * 0,58 = 1,95 м

Вот это стена! Но только такая толщина кирпичной кладки позволит Вам иметь теплый дом. Кирпич обладает очень большой теплопроводностью, и чтобы дом хранил тепло намного дольше, приходиться городить такую стены. Понятно, что мало кто решится возводить такое «бомбоубежище».

Значит будем утеплять стены другим материалом, у которых теплопроводность низкая, а соответственно толщина стены будет намного меньше. Материалов для утепления очень много, плюсы и минусы которых — это отдельная история, а сейчас решим утеплить стену каменной ватой.

Какой толщины выбрать слой ваты? Рекомендуемое значение сопротивления теплопередаче в Нижнем Новгороде 3,36, у нас уже есть стена со значением сопротивления – 1,1. Остается «добрать» 2,26.

Из таблицы теплопроводности материалов берем значение коэффициента для каменной ваты, плотностью 25 кг/м³ – 0,045, и вычисляем какой толщины должен быть утеплитель:

d = 2, 26 * 0,045 = 0,10 м

0,1 метра – 10 см – это минимальная толщина утеплителя, которая позволит сделать дом теплым.

Вывод: утепляем стены дома до требуемых норм СНиП, а также не забываем про пол и потолок, т.к. через них также идут большие теплопотери. Чем больше толщина утеплителя, тем меньше теплопотери, тем меньше энергозатрат придется потратить на обогрев помещения.

Не будем Вас утомлять расчетами, а сразу скажем, что каменной ваты на пол и потолок в качестве утеплителя необходимо минимум по 20 см – для Центральной полосы России. Для Севера – 25-30 см. Тогда Ваш дом будет держать тепло очень долго, расходы на отопление будут радовать, а отопительные приборы будете выбирать не из расчета 1 кВт на 10 м², а, например, КОУЗИ 450Вт на 10м². Почему на такую площадь будет достаточно одного «КОУЗИ», читайте в следующих статьях.

Что такое теплопроводность? — Matmatch

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

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

Уравнение теплопроводности рассчитывается по следующей формуле:

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

• k — постоянная теплопроводности.
• A — площадь поверхности, через которую проходит тепловая энергия, измеряется в м2.
• ∆T — разница температур в градусах Кельвина.
• L означает толщину материала, через который передается тепло, и измеряется в м.
• Чтобы вычислить константу теплопроводности, можно использовать следующее уравнение:

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

Как это измеряется?

Некоторые распространенные методы измерения теплопроводности:

Метод защищенной горячей плиты:

Метод защищенной горячей пластины — широко используемый метод установившегося состояния для измерения теплопроводности. Материал, который необходимо протестировать, помещают между горячей и холодной пластинами. Параметры, используемые для расчета теплопроводности, — это установившаяся температура, тепло, используемое для более теплой пластины, и толщина материала.Его можно использовать для температурных диапазонов 80-1500 К, а также для таких материалов, как пластик, стекло и образцы изоляции. Это очень точно, но на проведение теста уходит много времени.

Метод горячей проволоки:

Метод горячей проволоки — это переходный метод, который может использоваться для определения теплопроводности жидкостей, твердых тел и газов. Стандартный метод горячей проволоки, используемый для жидкостей, включает нагретую проволоку, помещаемую в образец. Теплопроводность определяется путем сравнения графика температуры проволоки с логарифмом времени, когда указаны плотность и емкость.

В случае твердых тел требуется небольшая модификация этого метода, при которой горячая проволока опирается на подложку, чтобы твердое тело не проникало внутрь. Он работает в диапазоне температур 298 — 1800 K и является быстрым и точным методом, но имеет ключевое ограничение в том, что он работает только с материалами с низкой проводимостью.

Сравнительный метод резки:

Сравнительный метод отрезного стержня — это метод устойчивого состояния, который может использоваться для испытания металлов, керамики и пластмасс.Тепловой поток проходит через образцы, теплопроводность которых известна и неизвестна, следовательно, можно проводить сравнение температурных градиентов. Он работает в диапазоне температур 293 — 1573 К, но измерения относительно неточны.

Метод лазерной вспышки:

Метод лазерной вспышки — это переходный метод, при котором лазерный импульс доставляет короткий тепловой импульс к переднему концу образца, а изменение температуры измеряется на заднем конце образца.Он работает в диапазоне температур 373 — 3273 К и может использоваться как для твердых, так и для жидкостей. Он имеет преимущество в скорости и высокой точности, но стоит довольно дорого.

Метод теплового расходомера:

Метод измерителя теплового потока является методом стационарного режима и аналогичен методу с защищенной горячей пластиной, за исключением того, что для измерения теплового потока через образец используются преобразователи теплового потока, а не основной нагреватель. Тепловой поток определяется на основе падения температуры внутри терморезистора.Измерители теплового потока используются в диапазоне температур 373–573 K и могут применяться для пластмасс, керамики, изоляционных материалов и стекла. Основное преимущество расходомеров тепла заключается в том, что они относительно просты в настройке, однако измерения не особенно точны.

Какие материалы имеют самую высокую / самую низкую теплопроводность?

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

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

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

Какие приложения требуют высокой / низкой теплопроводности?

Материалы с фазовым переходом, используемые для аккумуляторов тепловой энергии, таких как системы отопления и охлаждения, должны иметь высокую теплопроводность для достижения максимальной эффективности, тогда как материалы с низкой теплопроводностью обычно используются для теплоизоляции.

Теплопроводность — выбранные материалы и газы

Теплопроводность — это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

«количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала в направлении, нормальном к поверхности единицы площади — из-за градиента единичной температуры в условиях устойчивого состояния»

Теплопроводность единицы — [Вт / (м · К)] в системе СИ и [БТЕ / (час фут ° F)] в британской системе мер.

См. Также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, двуокиси углерода и воды

Теплопроводность для обычных материалов и продуктов:

4 1) 9010 Кирпич обыкновенный 9010 ) содержание) Хлопок 9015 9015 9015 9014 90141414 4715 9015 902 9014 9014 9014

9014

9010 90104 9014 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9014 9015 9015 9014

9015 9015 9015 9015 9014 сырой 9014 9015 9015 9015

.5 — 2,5 0,13 9014021 9014 9014 9014 9014 9014 9010 9014 9014 9014 9014 9014 9010 9014 0,6061

Теплопроводность — k — Вт / (м · К)
Материал / вещество	Температура
	25 o C (77 o F)	125 16 o C (257 o F)	225 o C (437 o F)
	Ацетали	0.23
Ацетон	0,16
Ацетилен (газ)	0,018
Акрил	0,2			0,2	9090 газ	0,0333	0,0398
Воздух, высота 10000 м	0,020
Агат	10,9
Спирт	0.17
Глинозем	36	26
Алюминий
Алюминий Латунь	121		9014 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 9015 Алюминий (газ)	0,0249	0,0369	0,0528
Сурьма	18,5
Яблоко (85.Влажность 6%)	0,39
Аргон (газ)	0,016
Асбестоцементная плита 1)	0,744
0,166
Асбестоцемент 1)	2,07
Асбест в сыпучей упаковке 1)	0.15
Асбестовая плита 1)	0,14
Асфальт	0,75
						Balsa
Слои битума / войлока	0,5
Говядина постная (влажность 78,9%)	0.43 — 0,48
Бензол	0,16
Бериллий
Висмут	8,1	9014 9014 9014	9015 Bitumen90 (газ)	0,02
Шкала котла	1,2 — 3,5
Бор	25
Латунь
						10 — 0,20
Кирпич плотный	1,31
Кирпич огневой	0,47
Кирпич изоляционный	0,15
0,15		0,15	0,6 -1,0
Кирпичная кладка плотная	1,6
Бром (газ)	0,004
Бронза				Бронза		0.58
Сливочное масло (содержание влаги 15%)	0,20
Кадмий
Силикат кальция	Углерод			0,05	90
Двуокись углерода (газ)	0,0146
Окись углерода	0,0232
Чугун
хлопок, регенерированная древесина.23
Ацетат целлюлозы, формованный, лист	0,17 — 0,33
Нитрат целлюлозы, целлулоид	0,12 — 0,21
Цемент, строительный раствор	1,73
Керамические материалы
Мел	0.09
Древесный уголь	0,084
Полиэфир хлорированный	0,13
Хлор (газ) 14 9014 9014 9014 9014 16,3
Хром
Хромоксид	0,42
Глина, от сухой до влажной	0.15 — 1,8
Глина насыщенная	0,6 — 2,5
Уголь	0,2
Кобальт		Кобальт	0,54
Кокс	0,184
Бетон легкий	0,1 — 0,3
Бетон средний	0.4 — 0,7
Бетон, плотный	1,0 — 1,8
Бетон, камень	1,7
Константин
Кориан (керамический наполнитель)	1,06
Пробковая плита	0,043
Пробка повторно гранулированная	0.044
Пробка	0,07
Хлопок	0,04
Хлопковая вата	0,029	9014 9015 9015 9015 9015 Углеродистая сталь
0,029
Мельхиор 30%	30
Алмаз	1000
Диатомовая земля (Sil-o14-cel) 90 .14906
Диатомит	0,12
Дуралий
Земля, сухая	1,5								11,6
Моторное масло	0,15
Этан (газ)	0.018
Эфир	0,14
Этилен (газ)	0,017
Эпоксид	0,35							Перья	0,034
Войлок	0,04
Стекловолокно	0.04
Волокнистая изоляционная плита	0,048
Древесноволокнистая плита	0,2
Кирпич огнеупорный глиняный 500	4	1,4	Фтор (газ)	0,0254
Пеностекло	0,045
Дихлордифторметан R-12 (газ)	0.007
Дихлордифторметан R-12 (жидкий)	0,09
Бензин	0,15
Стекло
Стекло	0,18
Стекло, жемчуг, насыщенный	0,76
Стекло, окно	0.96
Стекловата Изоляция	0,04
Глицерин	0,28
Золото	9014			Золото	9010 Гранит
Графит	168
Гравий	0,7
Земля или почва, очень влажная зона	1.4
Земля или почва, влажная зона	1,0
Земля или почва, сухая зона	0,5
Земля или почва, очень сухая зона	0,33
Гипсокартон	0,17
Волос	0,05
ДВП высокой плотности	0.15
Твердая древесина (дуб, клен …)	0,16
Hastelloy C	12
Гелий (газ)	0,142		0,142 9014 12,6% влажности)	0,5
Соляная кислота (газ)	0,013
Водород (газ)	0,168
	Сероводород.013
Лед (0 o C, 32 o F)	2,18
Инконель	15			902
Изоляционные материалы	0,035 — 0,16
Йод	0,44
Иридий	147			90			9014 9014 9014 Железо оксид	.58
Капок изоляция	0,034
Керосин	0,15
Криптон (газ)		9014			9014			, сухой	0,14
Известняк	1,26 — 1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%)	0.07
Магнезит	4,15
Магний
Магниевый сплав	70-145				9014 9014 9014
Ртуть, жидкость
Метан (газ)	0,030
Метанол	0.21
Слюда	0,71
Молоко	0,53
Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла ..	0,014		0,014
Монель
Неон (газ)	0,046
Неопрен	0.05
Никель
Оксид азота (газ)	0,0238
Азот (газ)	0,024	90		90	Закись азота	90
Нейлон 6, Нейлон 6/6	0,25
Масло для машинной смазки SAE 50	0,15
Оливковое масло	0.17
Кислород (газ)	0,024
Палладий	70,9
Бумага	0,05		0,05
Торф	0,08
Перлит, атмосферное давление	0,031
Перлит, вакуум	0.00137
Фенольные литьевые смолы	0,15
Формовочные смеси фенолформальдегид	0,13 — 0,25				159
Пек	0,13
Каменный уголь	0.24
Штукатурка светлая	0,2
Штукатурка металлическая	0,47
Штукатурка песочная	0,71
	0,71	9090
Пластилин	0,65 — 0,8
Пластмассы вспененные (изоляционные материалы)	0.03
Платина
Плутоний
Фанера	0,13
Полиэтилен низкой плотности, PEL	0,33
Полиэтилен высокой плотности, PEH	0.42 — 0,51
Полиизопреновый каучук	0,13
Твердая полиизопреновая резина	0,16
Полиметилметакрилат 9014 9014	0,16 0,1 — 0,22
Полистирол вспененный	0,03
Полистирол	0.043
Пенополиуритан	0,03
Фарфор	1,5
Калий	1	Пропан (газ)	0,015
Политетрафторэтилен (ПТФЭ)	0,25
Поливинилхлорид, ПВХ	0.19
Стекло Pyrex	1.005
Кварц минеральный	3
Радон (газ)	0,0033				0,0033	9090	Рений
Родий
Порода, твердая	2-7
Порода, пористая вулканическая (туф)
Изоляция из минеральной ваты	0,045
Канифоль	0,32
Резина, ячеистая	0,02
Рубидий
Лосось (влажность 73%)	0,50
Песок сухой	0.15 — 0,25
Песок влажный	0,25 — 2
Песок насыщенный	2-4
	1,78	Опилки	0,08
Селен
Овечья шерсть	0,039
Аэрогель кремнезема	0.02
Кремниевая литьевая смола	0,15 — 0,32
Карбид кремния	120
Кремниевое масло													9015
Шлаковая вата	0,042
Сланец	2,01
Снег (температура <0 o C)	0.05 — 0,25
Натрий
Хвойные породы (пихта, сосна ..)	0,12
Почва, глина	1,1		органическая	материя	0,15 — 2
Почва насыщенная	0,6 — 4
Припой 50-50	50		50		900 0.07
Пар, насыщенный	0,0184
Пар низкого давления	0,0188
Сталь Углеродистая
Сталь, нержавеющая
Изоляция из соломенных плит, сжатая	0,09
Пенополистирол	0.033
Двуокись серы (газ)	0,0086
Сера кристаллическая	0,2
Сахар	9014 9015 9015 9015 9015 9015 9015	9015
Гудрон	0,19
Теллур	4,9
Торий
Древесина, ольха	0.17
Древесина, ясень	0,16
Древесина береза ​​	0,14
Древесина лиственница	014 9014		9014 0,12
Древесина дуб	0,17
Древесина осина	0,14
Древесина осина	0.19
Древесина, бук красный	0,14
Древесина, красная сосна	0,15
орех
орех			0,15
Олово
Титан
Вольфрам
	Уран	Уран
Вакуум	0
Гранулы вермикулита	0,065
Вода, пар (пар)		0,0267	0,0359
Мука пшеничная	0.45
Белый металл	35-70
Древесина поперек волокон, сосна белая	0,12
Древесина поперек волокон, бальза	0,055		0,055		Древесина поперек волокон, сосна желтая, древесина	0,147
Древесина дуба	0,17
Шерсть, войлок	0.07
Древесная вата, плита	0,1 — 0,15
Ксенон (газ)	0,0051
Цинк	0			Цинк

1 плохо для здоровья человека, когда крошечные абразивные волокна попадают в легкие, где они могут повредить легочную ткань. Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, в результате чего возникают мезотелиома и рак легких.

Пример — Проводящая теплопередача через алюминиевый горшок по сравнению с горшком из нержавеющей стали

Кондуктивная теплопередача через стенку горшка может быть рассчитана как

q = (k / s) A dT (1)

или, альтернативно,

q / A = (к / с) dT

где

q = теплопередача (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь поверхности (м ² , фут ² )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт / м ² , Btu / (h ft ² ))

k = теплопроводность ( Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

dT = t ₁ — t ₂ = разница температур ( ^o C, ^o F)

с = толщина стенки (м, фут)
9000 3

Калькулятор теплопроводности

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

с = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м ² , фут ² )

dT = t ₁ — t ₂ = разница температур ( ^o C, ^o F)

Примечание! — общая теплопередача через поверхность определяется «общим коэффициентом теплопередачи », который в дополнение к кондуктивной теплопередаче зависит от

Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку емкости толщиной 2 мм — разность температур 80

^o C

Теплопроводность алюминия составляет 215 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(215 Вт / (м · K)) / (2 10 ^-3 м)] (80 ^o C)

= 8600000 (Вт / м ² )

= 8600 (кВт / м ² )

Кондуктивная теплопередача через стенку емкости из нержавеющей стали толщиной 2 мм — разница температур 80

^o C

Теплопроводность нержавеющей стали 17 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(17 Вт / (м · K)) / (2 10 ^-3 м) ] (80 ^o C)

= 680000 (Вт / м ² )

= 680 (кВт / м ² )

Изоляционные свойства материала могут быть изменены по желанию | MIT News

Материалы, электронные и магнитные свойства которых можно значительно изменить, применяя электрические входы, составляют основу всей современной электроники.Но достижение такого же настраиваемого контроля над теплопроводностью любого материала было труднодостижимой задачей.

Теперь команда исследователей из Массачусетского технологического института сделала большой шаг вперед. Они разработали долгожданное устройство, которое они называют «электрическим тепловым клапаном», которое может изменять теплопроводность по запросу. Они продемонстрировали, что способность материала проводить тепло можно «настроить» в 10 раз при комнатной температуре.

Этот метод потенциально может открыть двери для новых технологий контролируемой изоляции в умных окнах, умных стенах, умной одежде или даже новым способам сбора энергии отходящего тепла.

Результаты представлены сегодня в журнале Nature Materials , в статье профессоров Массачусетского технологического института Бильге Йылдыза и Ганг Чена, недавних выпускников Цияна Лу, доктора философии ’18 и Сэмюэля Хубермана, доктора философии ’18, а также шести других сотрудников Массачусетского технологического института и Брукхейвенского национального университета Лаборатория.

Теплопроводность описывает, насколько хорошо тепло может передаваться через материал. Например, по этой причине вы можете легко взять горячую сковороду с деревянной ручкой из-за низкой теплопроводности древесины, но вы можете получить ожог, подняв аналогичную сковороду с металлической ручкой, которая имеет высокую теплопроводность.

Исследователи использовали материал под названием оксид стронция-кобальта (SCO), который может быть изготовлен в виде тонких пленок. При добавлении кислорода к SCO в кристаллической форме, называемой браунмиллеритом, теплопроводность увеличивается. Добавление к нему водорода привело к снижению проводимости.

Процесс добавления или удаления кислорода и водорода можно контролировать, просто изменяя напряжение, приложенное к материалу. По сути, процесс управляется электрохимически. В целом, исследователи обнаружили, что при комнатной температуре этот процесс обеспечивает десятикратное изменение теплопроводности материала.Исследователи говорят, что такого порядка величины электрически контролируемых вариаций никогда раньше не наблюдали ни в одном материале.

В большинстве известных материалов теплопроводность неизменна — древесина никогда не проводит тепло, а металлы — плохо. Таким образом, когда исследователи обнаружили, что добавление определенных атомов в молекулярную структуру материала может фактически увеличить его теплопроводность, это был неожиданный результат. Во всяком случае, добавление дополнительных атомов — или, точнее, ионов, атомов, лишенных некоторых электронов или с избыточными электронами, чтобы дать им чистый заряд — должно ухудшить проводимость (что, как оказалось, имело место при добавлении водорода. , но не кислород).

«Я был удивлен, когда увидел результат», — говорит Чен. Но после дальнейших исследований системы, по его словам, «теперь мы лучше понимаем», почему происходит это неожиданное явление.

Оказывается, введение ионов кислорода в структуру браунмиллерита SCO превращает ее в так называемую структуру перовскита — структуру, которая имеет еще более упорядоченную структуру, чем исходная. «Он переходит от низкосимметричной структуры к высокосимметричной. Это также уменьшает количество так называемых дефектных участков кислородных вакансий.Вместе они приводят к более высокой теплопроводности », — говорит Йылдыз.

Тепло легко проходит через такие высокоупорядоченные структуры, в то время как оно имеет тенденцию рассеиваться и рассеиваться в сильно нерегулярных атомных структурах. Напротив, введение ионов водорода приводит к более неупорядоченной структуре.

«Мы можем ввести больше порядка, что увеличивает теплопроводность, или мы можем ввести больше беспорядка, что приведет к снижению проводимости. Мы могли бы выяснить это, выполнив вычислительное моделирование в дополнение к нашим экспериментам », — объясняет Йылдыз.

Хотя коэффициент теплопроводности можно изменять примерно в 10 раз при комнатной температуре, при более низких температурах это изменение еще больше, добавляет она.

Новый метод позволяет непрерывно изменять эту степень порядка в обоих направлениях, просто изменяя напряжение, прикладываемое к тонкопленочному материалу. Материал либо погружен в ионную жидкость (по существу, жидкую соль), либо находится в контакте с твердым электролитом, который поставляет в материал либо отрицательные ионы кислорода, либо положительные ионы водорода (протоны) при включении напряжения.В случае жидкого электролита источником кислорода и водорода является гидролиз воды из окружающего воздуха.

«То, что мы показали здесь, на самом деле является демонстрацией концепции», — поясняет Йылдыз. Тот факт, что они требуют использования жидкого электролита для всего диапазона гидрогенизации и оксигенации, делает эту версию системы «нелегко применимой к твердотельным устройствам», что, по ее словам, является конечной целью. Для создания более практичной версии потребуются дальнейшие исследования.«Мы знаем, что существуют твердотельные электролиты», которые теоретически могут заменить жидкости, — говорит она. Команда продолжает изучать эти возможности, а также продемонстрировала работающие устройства с твердыми электролитами.

Чен говорит: «Есть много приложений, в которых вы хотите регулировать тепловой поток». Например, для хранения энергии в виде тепла, например, от солнечно-тепловой установки, было бы полезно иметь контейнер, который мог бы иметь высокую изоляцию, чтобы удерживать тепло до тех пор, пока оно не понадобится, но который затем можно было бы переключить на высокая проводимость, когда приходит время вернуть это тепло.«Святой Грааль был бы чем-то, что мы могли бы использовать для хранения энергии», — говорит он. «Это мечта, но мы еще не достигли цели».

Но это открытие настолько ново, что может быть множество других потенциальных применений. Такой подход, по словам Йылдыза, «может открыть новые приложения, о которых мы раньше не думали». И хотя изначально работа была ограничена материалом SCO, «концепция применима к другим материалам, потому что мы знаем, что можем оксигенировать или гидрогенизировать ряд материалов электрически, электрохимически», — говорит она.Кроме того, хотя это исследование было сосредоточено на изменении тепловых свойств, тот же процесс на самом деле имеет и другие эффекты, говорит Чен: «Он не только изменяет теплопроводность, но и изменяет оптические свойства».

«Это действительно инновационный и новый способ использования ионов в твердых телах для настройки или переключения теплопроводности», — говорит Юрген Флейг, профессор химической технологии и аналитики Венского университета, Австрия, который не участвовал в этой работе.«Измеренные эффекты (вызванные двумя фазовыми переходами) не только довольно большие, но и двунаправленные, что очень интересно. Я также впечатлен тем, что эти процессы так хорошо работают при комнатной температуре, поскольку такие оксидные материалы обычно работают при гораздо более высоких температурах ».

Юнцзе Ху, доцент кафедры механической и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который также не принимал участия в этой работе, говорит: «Активный контроль над тепловым переносом является принципиально сложной задачей.Это очень увлекательное исследование, которое представляет собой важный шаг к достижению цели. Это первый отчет, в котором подробно рассматриваются структуры и тепловые свойства трехфазных фаз, и он может открыть новые возможности для управления тепловым режимом и энергетики ».

В исследовательскую группу также входили Хантао Чжан, Цичен Сонг, Джаю Ван и Гулин Вардар из Массачусетского технологического института, а также Адриан Хант и Ирадвиканари Валуйо из Брукхейвенской национальной лаборатории в Аптоне, штат Нью-Йорк. Работа поддержана Национальным научным фондом и U.С. Министерство энергетики.

Теплопроводность сетей углеродных нанотрубок: обзор

Изучение тепловых свойств материалов, включая теплопроводность, всегда было сложной задачей из-за множества параметров, которые необходимо учитывать при испытаниях. К ним относятся тепловые потери, которые не следует принимать во внимание, чтобы мы могли правильно определить тепловой поток через образец.

Измерения теплопроводности можно проводить разными методами.Некоторые из них более популярны, например, метод 3-ω, сравнительный метод, метод устойчивого нагрева или метод самонагрева, но некоторые ученые создают свои собственные наборы тестов. Ниже мы представили некоторые из этих методов и кратко их описали, сосредоточив внимание на наиболее важных элементах и ​​различиях.

Методы измерения теплопроводности можно классифицировать в зависимости от способа нагрева. Методы, при которых образец находится в непосредственном контакте с нагревателем, называются методом контактного нагрева.С другой стороны, методы, при которых образец нагревается с помощью излучения, называются методом бесконтактного нагрева. В первую группу входят, среди прочего, 3-ω, болометрический и стационарный методы. Бесконтактные методы включают, среди прочего, лазерный импульсный анализ (LFA), метод термоотражения и рамановскую спектроскопию.

Контактные методы

Метод третьей гармоники

Метод третьей гармоники (метод 3-ω) обычно используется для измерения тепловых свойств объемных материалов и пленок [31,32,33,34,35,36,37 , 38,39], в котором образец нагревается переменным током с частотой ω .При нагревании в образце индуцировалось изменение температуры с частотой 2 ω , а на нагревателе регистрировалось падение напряжения с частотой 3 ω .

На рис. 4 показана схема измерительной установки (а) и электронная схема экспериментальной установки (б). Экспериментальная установка снабжена запирающейся интегральной схемой в камере, которая изолирует образец от комнатных условий, и подключена к электрической цепи. Очень важный элемент измерительной установки, схема которой представлена ​​на рис.4, представляет собой металлический мост. Это и обогреватель, и градусник. Во время эксперимента используется точно контролируемый источник переменного тока для предотвращения перенапряжения, которое может повредить образец УНТ.

Рис. 4

Перепечатано с разрешения Choi et al. Авторское право (2006) Американское химическое общество. Перепечатано из Yamane et al. с разрешения AIP Publishing

Схема установки метода 3 омега ( a ) [34] и электронная схема экспериментальной установки ( b ) [102].

Мост обычно представляет собой металлическую проволоку из золота [31] или платины [32]. Подавая напряжение, мост генерирует тепло и вызывает колебания температурных колебаний 2- ω . Создаваемые колебания температуры очень тесно связаны с тепловыми свойствами образца. Кроме того, следует отметить, что электрическое сопротивление металлического моста пропорционально его температуре, и, следовательно, это сопротивление также модулируется частотой 2- ω .{4} U_ {3 \ omega} A}} $$

(2)

, где R — сопротивление образца между потенциальным электродом, R — температурный градиент сопротивления при данной температуре, L — расстояние между потенциальными электродами, A — площадь поперечного сечения образца, I — ток переменного тока, а U _3ω — сигнал напряжения третьей гармоники.

В этом методе необходимо правильно изготовить тестовые устройства.Слой УНТ помещается на подложку, ограничивающую тепловые потери, обычно кремниевую пластину. Затем под давлением слой УНТ вдавливается в сенсор. Датчик представляет собой многослойный комплект на основе стекла [33] или полимера [31], на котором закреплен металлический мостик, покрытый изоляционным слоем, для изоляции электропроводного моста от образца УНТ. На рис. 5 представлена ​​схема приготовления образца [33].

Рисунок 5

Создано на основе Hu et al. [33]

Схема экспериментальной установки в методах 3-ω.

Метод 3-ω часто используется для измерения теплопроводности тонких пленок, таких как пленки УНТ. Этот метод был адаптирован для измерения теплопроводности УНТ и впервые использован Choi et al. [32, 34]. Они провели исследование с использованием двухточечных измерений для одной MWCNT (650 Вт / мК) и сравнили их с результатами для MWCNT, покрытых слоем платины (830 Вт / мК). В следующей публикации они определили значение теплопроводности для одной MWCNT, используя четырехточечное измерение 3-ω.Величина проводимости составила к = 300 ± 20 Вт / мК. Это на порядок ниже, чем в теоретических рассуждениях для отдельных ОСУНТ, которые авторы объяснили межтрубной дисперсией фононов и негармоническим рассеянием переброса, которое является основным механизмом рассеяния в МУНТ при комнатной температуре. В этом документе были даны рекомендации другим ученым по использованию этого метода для измерения пленок УНТ.

Стационарный метод

Стационарный метод определения термических характеристик, показанный на рис.6а, состоит из измерения перепада температуры образцов, помещенных между нагревателем и радиатором [40, 41]. Метод основан на определении того, что теплопроводность — это тепловая энергия, передаваемая через образец длиной L, которая зависит от поперечного сечения A , разности температур (горячий и холодный конец) в установившемся режиме теплопередачи и описывается используя Формулу (3):

$$ k = \ frac {QL} {A \ Delta T} $$

(3)

, где Q — количество тепловой энергии, протекающей через образец, которое описывается уравнением Q = p — Q _потери , где p — приложенная мощность нагрева, а Q _потери — паразитные потери тепла из-за излучения, теплопроводности и конвекции в окружающую среду. L и A — параметры образца: длина и площадь поперечного сечения, а Δ T — разница температур между датчиками температуры.

Рисунок 6

Создано на основе Zhao et al. [103]

Схема установившихся измерительных установок a и PTC b .

Измерение относительно простое [42], но необходимо приложить много усилий, чтобы минимизировать тепловые потери. Эффект потери тепла через излучение, тепло, передаваемое через провода термопары и нагревателя, а также влияние тепловых свойств газа, окружающего образец (теплопроводность и конвекция), влияют на ошибку измерения теплопроводности образца.Что также имеет значение, так это чувствительность измерения термопары при определении Δ T вдоль образца. Вот почему необходимо обеспечить вакуум для измерения, чтобы ограничить влияние теплопроводности и потерь на конвекцию, а также применить экранирование для ограничения потерь излучения.

Из-за относительно простого измерения было разработано несколько вариантов этого метода, например, метод параллельной теплопроводности и установившийся метод с использованием ИК-термометра. В эту группу методов входит также сравнительный метод.

Параллельная теплопроводность (PTC) — это метод одномерного стационарного измерения, отличный от классического одномерного стационарного метода. Электропроводность фона выше, чем в самом образце, и ее необходимо точно определять и вычитать.

Метод особенно полезен для образцов, которые недостаточно жесткие, чтобы поддерживать нагреватели и термометр, поэтому его можно успешно применять в основном для измерения определенных нитей УНТ [43, 44], но также и листов УНТ [45, 46 ].На рисунке 6b схематически представлена ​​измерительная установка в методе PTC.

К недостаткам этого метода можно отнести тот факт, что измеряемые образцы должны быть относительно большими — длиной ок. Для пленок или пряжи требуется 80 мм. Одним из преимуществ является то, что можно измерять упругие образцы без жесткости, требуемой классическим стационарным методом.

Стационарный метод с ИК-термометром

Другой вариант установившегося метода отличается от оригинального способом регистрации распределения температуры образца при протекании переменного тока определенной силы тока через образец.Вместо классических термопар для измерения величины Δ T изменения температуры образца в зависимости от его длины можно регистрировать с помощью ИК-термометра [47, 48] или ИК-микроскопа [49]. Затем на основании полученных результатов производятся соответствующие расчеты и определяется значение теплопроводности. Этот метод применяли Чжан [47], Ван [48] и Лю [49].

На рисунке 7 схематически представлена ​​измерительная установка. С помощью серебряной пасты на электроды (медь [48, 49] или алюминий [47]) наносится жгут УНТ или вырезанная пленка.Вся измерительная установка размещается на изолирующей подложке (деревянной [47], пластиковой [49] или стеклянной [48]). Измерения проводятся в вакуумной камере, чтобы уменьшить влияние окружающей среды.

Рисунок 7

Перепечатано с разрешения Zhang et al. [47] Авторское право (2012) Американское химическое общество

Схема установки для стационарных измерений с ИК-термометром.

Измерения обеспечили распределение температур по всей длине образца с максимальной температурой T _м в середине образца.Зная значения приложенного напряжения и сопротивления, а также физические параметры образца, значение теплопроводности можно рассчитать по формуле 4 [48].

$$ k = \ frac {U * I * 1 / 2l} {{4wt (T_ {m} — T_ {o})}} $$

(4)

, где U — напряжение, l — ток , w и t — длина, ширина и толщина образца, а T _o — температура, при которой проводятся измерения. берется — обычно 300 К.

Сравнительный метод

Измерение теплопроводности с использованием сравнительного метода заключается в измерении снижения температуры на стержне, для которого известна зависимость проводимости от температуры, и на образце. Для проведения измерения образец определенных размеров помещается последовательно с помощью стержня (изготовленного из стандартного материала) с датчиком температуры, как показано на рис. 8. Нагреватель нагревает горячий конец и создает тепловой поток. через образец и стержень из эталонного материала к холодному концу.Теплопроводность может быть рассчитана на основе значений температуры вдоль образца и стержня при нагревании. Вся установка откалибрована на основе стандартов с известной температурно-зависимой теплопроводностью, необходимой для расчета теплопроводности образца, описываемого формулой 5 [41].

$$ k = k _ {\ text {r}} \ frac {{\ Delta T _ {\ text {r}}}} {{\ Delta T _ {\ text {s}}}} \ frac {{\ Delta z _ {\ text {s}}}} {{\ Delta z _ {\ text {r}}}} $$

(5)

, где k и k _r — теплопроводность образца и эталонного материала, Δ T _s и Δ T _r — разница температур в образце и эталоне. материала, Δ z _s и Δ z _r — расстояние до датчика в образце и в контрольном материале.

Рисунок 8

Создано на основе Brütting et al. [104]

Схема установки сравнительного метода измерений.

Метод горячего диска

Метод нестационарного планарного источника, также называемый методом горячего диска, подходит для измерения теплопроводности тонких образцов, таких как пленки УНТ. В этом методе изолированный датчик располагается между двумя идентичными частями образца и одновременно представляет собой источник тепла и термометр. Теплопроводность описывается формулой 6.{{{\ raise0.7ex \ hbox {$ 3 $} \! \ mathord {\ left / {\ vphantom {3 2}} \ right. \ kern-0pt} \! \ lower0.7ex \ hbox {$ 2 $}} }} rK}} D \ left (\ tau \ right) $$

(6)

, где α — коэффициент температуропроводности, tm — время измерения переходного процесса, r — радиус датчика, P — входная мощность нагрева и D (τ) — функция Бесселя [8]. Время и входная мощность выбираются таким образом, чтобы тепловой поток находился в пределах границ образца и чтобы на внешние границы образца не влияло повышение температуры датчика.

Бесконтактные методы

Метод частотной области

Метод частотной области — это группа методов измерения, в том числе согласно Abad et al. [54], среди прочего, анализ лазерной вспышки, метод термоотражения и фототермический метод. Все варианты этого метода основаны на нагреве образца лазерным лучом с модулированной частотой и регистрации тепловых волн и периодического распределения температуры. Кроме того, этот метод зависит от соотношения между температуропроводностью и частотой модуляции лазера, как описано Формулой 7.

$$ \ mu = \ sqrt {\ frac {\ alpha} {\ pi f}} $$

(7)

, где µ — глубина термического проникновения, α — коэффициент температуропроводности и f — частота модуляции.

Анализ лазерной вспышки (LFA), также называемый методом лазерной вспышки, был впервые описан Parker et al. [50]. Этот метод позволяет определять температуропроводность материала. Измерение заключается в облучении одной стороны образца импульсной лампой, обычно ксеноновой, и одновременном измерении изменения температуры на другой стороне образца с помощью ИК-детектора.Схема измерения представлена ​​на Рис. 9.

Рис. 9

Перепечатано из An et al. [105] с разрешения Elsevier

Схема установки для измерения LFA.

График зависимости температуры тыльной стороны от времени. Значение температуропроводности обычно определяется путем подгонки данных к различным моделям с учетом граничных условий измерительной установки.

Этот метод описывается с использованием следующей формулы 8.

$$ \ alpha_ {0.{2} t_ {0.5}}} $$

(8)

, где t _0,5 — время, за которое задняя часть образца достигает полувысоты по повышению температуры, α _0,5 — расчетный коэффициент температуропроводности с использованием t _0,5 и l — толщина образца.

Уравнение основано на следующих предположениях:

1. 1.

   тепловой поток одномерный;

2. 2.

   поглощение энергии происходит мгновенно, потому что ширина импульса падающего лазера пренебрежимо мала по сравнению с характерной длительностью прохождения теплового потока через образец,

3. 3.

   лазер не проникает внутрь образца,

4. 4.

   измеренных параметра (α и Cp) сильно зависят от температуры,

5. 5.

   поверхностей образцов имеют незначительные тепловые потери.

Метод термоотражения (также называемый фазочувствительным переходным методом термоотражения PSTTR) был впервые описан Ohsone et al.[51] для твердых образцов. Этот метод заключается в облучении образца на поверхности мощным лазером, который вызывает периодические колебания температуры. Другой лазер меньшей мощности облучает образец напрямую. Интенсивность отраженного сигнала и его фаза зависят от тепловых свойств образца и могут применяться для определения этих свойств, включая теплопроводность и теплопроводность материала. На рисунке 10 представлена ​​схема экспериментального массива PSTTR.

Рисунок 10

Создано на основе Panzer et al. [54]

Схема массива измерений PSTTR.

Образцы для измерения теплопроводности с использованием PSTTR готовятся путем осаждения вертикально ориентированных УНТ на кремниевую пластину с использованием метода CVD и последующего покрытия образца верхней поверхностью.

В этом методе, чтобы иметь возможность измерить образец, необходимо очень тщательно подготовить набор для измерения. По этой причине этот метод эффективно используется для оценки теплопроводности массивов, содержащих слой УНТ, который потенциально может быть применен в качестве ТИМ, поскольку, измеряя систему, мы узнаем ее общие характеристики, а не только характеристики углеродного слоя.

Эту технику также использовали Тонг и др. [52, 53]. Они провели измерения для трех образцов массива MWCNT, полученных на кремниевой пластине во время химического осаждения из паровой фазы, с использованием этилена в качестве прекурсора и Fe-катализатора. В своем исследовании, используя серию по-разному приготовленных образцов, они проверили, как верхняя поверхность влияет на результирующие значения теплопроводности. Первые образцы были приготовлены без верхней поверхности, а нагревательный лазер поглощался непосредственно на верхней поверхности MWCNT.Второй образец был получен с верхней поверхностью из стеклянной пластины, а последний включал поверхность из слоя индия, который термически сваривал MWCNT на стекле. Было замечено, что значение теплопроводности без верхнего поверхностного слоя (244 Вт / мК) ниже, чем в случае массивов с этим слоем (265 Вт / мК и 267 Вт / мК). Кроме того, тип слоя мало влияет на проводимость.

Panzer et al. [54] провели измерения массива Al / Pd / CNT / SiO ₂ / Si.Они получили скромные значения k для УНТ (около 8 Вт / мК). Они объяснили это, представив модель переноса тепла в массиве с вертикально ориентированными УНТ на кремниевых пластинах, покрытых верхней поверхностью (рис. 11). Они также предложили простую геометрическую модель неполного теплового контакта УНТ – металл. Принимая во внимание различную длину УНТ и шероховатость пленки, можно обнаружить, что только некоторые УНТ принимают эффективное участие в переносе тепла, в то же время обеспечивая сопротивление остальным нанотрубкам.

Рисунок 11

Создано на основе Panzer et al. [54]

Диаграмма теплопроводности слоистых образцов металлизированных УНТ.

Проведенное исследование показало, что метод термоотражения эффективен для измерения проводимости слоистых массивов, содержащих углеродные нанотрубки, но для получения достоверных результатов необходимо правильно подготовить измерительный массив. В таблице 2 приведены результаты измерения теплопроводности методом термоотражения.

Таблица 2 Теплопроводность слоистых массивов со слоем УНТ

Фототермический метод был предложен Wang et al. [58] для термического анализа образцов сильно ориентированных МУНТ. Правильно приготовленный образец позволяет определить теплопроводность слоя УНТ, а также определить сопротивление термического контакта между УНТ и подложкой. Образец, анализируемый во время измерения, состоит из трех слоев. Тонкая пленка Cr на кремнии, а затем на нее наносится vaMWCNT.Подложка представляет собой кремниевую пластину из-за ее слабого поглощения инфракрасного лазерного луча и из-за того, что она прозрачна для теплового излучения слоя Cr. Структура образца представлена ​​на рис. 12. Набор образцов облучали с тыльной стороны (со стороны кремниевой пластины), и луч вызывал прямой нагрев слоя Cr и индуцировал изменение температуры на поверхности Cr. Теплопроводность вдоль УНТ тесно связана с изменениями температуры, которые чувствительны к измеренному тепловому излучению.Измеренное значение теплопроводности в осевом направлении vaMWCNT составило 0,145 Вт / мК для всей пленки и 27,3 Вт / мК для отдельной нанотрубки в этой пленке [58].

Рисунок 12

Перепечатано из Wang et al. [58], с разрешения AIP Publishing

Схема связи образца и лазерного луча в фототермической технике.

Рамановская спектроскопия

Впервые рамановская спектроскопия была использована для измерения теплопроводности материалов (в данном случае пористого кремния) Perichon et al.[60]. Облучаемый материал обладает способностью к упругому или неупругому рассеянию. Если энергия отраженного света меньше, это называется стоксовым комбинационным рассеянием света, а если больше — антистоксовым комбинационным рассеянием света, и данные сдвиги характерны для данного типа материала. Температуру поверхности в месте, нагретом лазером, можно измерить одним из двух способов: во-первых, исследуя стоксов сдвиг как функцию температуры, а во-вторых, исследуя соотношение интенсивности стоксовых и антистоксовых пиков, но это сложнее. измерять.

Поскольку пики Стокса и антистоксовы пики типичны для данного измерения, анализируя их сдвиги, можно определить изменение температуры поверхности образца и использовать эти данные для определения значения теплопроводности на основе следующее соотношение (Формула 9) [61]:

$$ k = \ frac {A * P} {{l (T _ {\ text {Raman}} — T _ {\ sin k})}} $$

(9)

, где A — поперечное сечение образца, l — длина образца, P — мощность лазера, T _Раман — измеренная температура и T _сток — температура радиатора.

В случае анализа образцов УНТ, заметный пик наблюдался при прибл. 1590 см ⁻¹ при комнатной температуре, так называемая G-полоса. Этот сигнал появляется во всех углеродных материалах, которые содержат связи sp ² . Для ОСУНТ полосу G можно фактически деконволюционировать на несколько отдельных пиков. В рамановском спектре УНТ могут наблюдаться сигналы G + и G−, но интенсивность G + намного выше, чем у G−, поэтому этот сигнал используется для анализа спектра.На рисунке 13 представлен спектр с отмеченным пиком G + и его видимым сдвигом с температурой для образца УНТ [62].

Рисунок 13

По материалам Sahoo et al. [62]. Печатается с разрешения. Copyright (2014) Американское химическое общество

Рамановские спектры УНТ со смещенным пиком G +.

Образцы обычно измеряются в термостатированной вакуумной камере. Такие условия обеспечивают ограниченное рассеяние тепла, поэтому энергия лазера в основном используется для локального нагрева образца.Уменьшение мощности лазера изменяет локальную температуру образца. К основным преимуществам этого метода можно отнести то, что измерение является бесконтактным; он не повреждает образец и не требует специальной подготовки. Кроме того, этот метод обеспечивает субмикронное разрешение, поэтому он хорошо подходит для измерения наноструктур.

Первые попытки измерить теплопроводность УНТ с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния были выполнены Ли и др. [63], которые использовали его для измерения тепловых свойств отдельных ОСУНТ и МУНТ и получили 2400 и 1400 Вт / мК соответственно.

Болометрический метод

Болометрический метод измерения тепловых свойств тонких (<100 нм) полупрозрачных пленок ОУНТ массой нанограмм был использован Иткисом и др. [64]. ИК-излучение использовалось в качестве источника нагрева и создавало треугольный профиль температуры вдоль образца ОСУНТ. В этом методе образец также является термометром. Образец подвешивается через открывающееся сапфировое кольцо с использованием пасты Ag, которая обеспечивает эффективный теплоотвод. Комплект помещается в криостатическую камеру под давлением <0.1 мТорр. Болометр используется для измерения фотоотклика образца на ИК-излучение. Теплопроводность в этом методе описывается формулой 10:

$$ k = \ frac {{P _ {\ text {abs}}}} {\ Delta T} * \ frac {L} {8A} $$

(10)

, где P _abs — мощность поглощенного ИК-излучения, L — длина и A — площадь поперечного сечения пленки ОСУНТ.

Теплопроводность сетей УНТ

Влияние общих характеристик ансамблей УНТ

Комплексное исследование, проведенное Алиевым и др.[35, 36] оказали существенное влияние на понимание влияния структуры и упорядочения нанотрубок в материалах. Они использовали метод 3-ω для проведения измерений для листов MWCNT разной длины образцов при разных температурах и разном количестве слоев [35] и для различных наборов CNT [36] — одиночных MWCNT, связанных MWCNT, а также выровненных и отдельно стоящих листов MWCNT. На рисунке 14а представлены результаты для трех типов образцов листов MWCNT разной длины: 7,6 мм, 5,4 мм и 0,37 мм, которые были отмечены красными, зелеными и синими открытыми точками соответственно.Результаты экспериментов показали, что до 150 K длина листов MWCNT не имеет значения для значения теплопроводности, что, вероятно, связано с большим уменьшением излучения. Выше 150 К было обнаружено, что значения проводимости выше для гораздо более длинных образцов, чем для коротких (рис. 6а). Они также измерили значение проводимости вдоль и поперек полученной пленки длиной 0,37 мм при температуре 295 К и получили значения на уровне 50 Вт / мК и 2.1 Вт / мК соответственно. В многослойных системах они наблюдали ухудшение теплопроводности в результате увеличения количества слоев, что представлено на рис. 14б [35]. Они объяснили низкую теплопроводность листов MWCNT двумя факторами: внутренними дефектами соответствующих нанотрубок и рассеянием на границах фононов в жгутах, составляющих основу листов MWCNT.

Рисунок 14

Перепечатано из Алиева и др. [35], с разрешения Elsevier

Теплопроводность листов УНТ зависит от длины ( a ) и количества слоев ( b ).

В своей следующей статье они сосредоточились на системах, содержащих по-разному ориентированные MWCNT — одиночные, связанные и листы. Кроме того, они предложили модель теплового потока через границу раздела труба-труба. Когда две нанотрубки находятся на расстоянии сил Ван-дер-Ваальса, тепло передается от самой внешней оболочки УНТ 1 к самой внешней оболочке УНТ 2 вдоль УНТ 2, а затем на УНТ 3 и так далее. Эта концепция была графически отображена в исследовании Qiu et al. [37]. На рисунке 15а представлена ​​схема теплообмена между оболочками соседних нанотрубок, а на рис.15b показана схема термического сопротивления в виде электрических эквивалентных схем резисторов.

Рисунок 15

Перепечатано из Qiu et al. [37] с разрешения журнала Nature Research Journal

Схема переноса фононов между соседними нанотрубками.

Было высказано предположение, что MWCNT лучше, чем SWCNTs по теплопроводности, потому что увеличение диаметра нанотрубок сопровождается большим количеством оптических фононных мод, которые могут подвергаться возбуждению и вносить вклад в теплопроводность.В случае появления дефекта в структуре ОСНТ его влияние на свойства проводимости намного сильнее, чем в случае МУНТ. Это связано с тем, что в MWCNT соседняя оболочка может создавать новые дополнительные каналы для фононов, что невозможно в SWCNT.

В своем исследовании [36] они получили следующие значения теплопроводности для одиночных MWCNT, связанных MWCNT и пленки MWCNT: 600, 150 и 50 Вт / мК соответственно. Низкую теплопроводность можно объяснить низким структурным качеством МУНТ, полученных методом химического осаждения из паровой фазы.Путем экспериментов они доказали, что связывание снижает теплопроводность. Кроме того, теплопроводность жгута УНТ и пленки УНТ намного ниже, чем у одиночной нанотрубки, что является результатом гораздо более плохой передачи энергии между трубками, что, в свою очередь, является результатом малых площадей соединяемых поверхностей цилиндрических трубок и плохой передачи. фононов. Кроме того, они подсчитали, что лучшая теплопроводность в длинных связках УНТ появляется, когда отдельные нанотрубки перекрываются только на 2–3%.

Термические свойства нанотрубок сильно зависят от параметров синтеза. Процесс синтеза влияет на тип (SWCNT, DWCNT или MWCNT), количество дефектов в кристаллической решетке, а также на загрязняющие вещества, присутствующие в материале. Исследования влияния условий синтеза и примесей на термические свойства пленок УНТ были проведены Ивановым и соавт. [65] и Gspann et al. [46]. Они заявили, что условия синтеза можно использовать для управления физическими параметрами нанотрубок и степенью кристалличности, а также для уменьшения количества загрязняющих веществ в пленке, которые отрицательно влияют на тепловую и электрическую проводимость, поскольку они нарушают контакт между пучками.

На теплопроводность нанотрубок также влияет присутствие других нанотрубок в непосредственной близости от них. Проведенные экспериментальные исследования подтверждают приведенные выше теоретические расчеты (часть 3). В случае УНТ увеличение размера жгута снижает теплопроводность [66]. Это связано с повышенной скоростью рассеяния на соседних УНТ. Более того, были проведены исследования, которые показали, что жгут УНТ характеризуется более высокими значениями теплопроводности, чем пленки, что является следствием того, что в жгутах нанотрубки в основном параллельны, а в пленках дополнительно появляется поперечная структура, которая имеет отрицательное влияние на проводимость фононов.

Йошида и др. [67] исследовали влияние наложения нескольких пленок и изменение анизотропных свойств таких систем. Они заметили, что увеличение количества пленок вызывает уменьшение анизотропии и увеличение теплопроводности.

В таблице 3 приведены результаты измерений для различных систем на основе УНТ.

Таблица 3 Влияние общих характеристик ансамблей УНТ

Влияние температуры

Для измерения влияния температуры на теплопроводность обычно применяются различные методы.Некоторые из них больше подходят для измерений при более низких температурах — ниже 275 К, например, сравнительные методы и PTC. Другие из-за метода измерения, например, необходимости облучения образца лазером, лучше работают при измерениях теплопроводности при температурах выше комнатной. К ним относятся LFA и измерение проводимости с помощью рамановской спектроскопии.

Чтобы правильно понять влияние температуры на теплопроводность сетей углеродных нанотрубок, сначала следует исследовать одну нанотрубку.В диапазонах самых низких температур, близких к абсолютному нулю, теплопроводность линейно увеличивается с увеличением температуры, а перенос тепла является баллистическим [70]. При дальнейшем повышении температуры теплопроводность начинает опосредоваться дополнительными фононными модами, и теплопроводность увеличивается до максимального значения (часто близкого к комнатной температуре [6, 22]). Затем с повышением температуры преобладают процессы рассеяния фотонов [10], снижающие теплопроводность.

В литературе есть многочисленные ссылки на исследования теплопроводности различных сеток УНТ: пленок, бумажных пакетов или связанных УНТ в зависимости от температуры. Исследование, проведенное Hone et al, Gonnet et al. и Pöhls et al. продемонстрировал, что пленки, полученные из УНТ, демонстрируют увеличение теплопроводности вместе с повышением температуры от около 0 К до около комнатной температуры, чего можно было ожидать при изучении изменений теплопроводности для одиночной нанотрубки.Hone et al. [12] были первыми исследователями, которые определили взаимосвязь между теплопроводностью и температурой матов высокой чистоты из спутанных однослойных углеродных нанотрубок. Они отметили, что теплопроводность плавно снижалась от 210 до почти 0 Вт / мК при понижении температуры в диапазоне от 350 К до ниже 40 К соответственно.

Вторая группа исследований, встречающихся в литературе, включает измерения, проведенные от комнатной температуры и выше. Hu et al. [33] провели исследование слоя vaCNT при двух различных температурах с использованием метода 3-ω.Они наблюдали рост теплопроводности с 74 Вт / мК (для комнатной температуры) до 83 Вт / мК (для температуры 323 К).

В последующем исследовании Zhang et al. В [71] проанализировано изменение значения теплопроводности при различных температурах объемных МУНТ, отожженных при 1600 ° C. Они наблюдали, что максимальный пик имел место при температуре 900 К, когда значение теплопроводности составляло 4,9 Вт / мК, а выше этой температуры проводимость начинала уменьшаться.

Исследования теплопроводности пленки SWCNT и определение температуры, при которой она достигает максимального значения, были выполнены Duzynska и Zdrojek et al.[72,73,74]. Они получили пленку ОСУНТ, а затем исследовали влияние повышенной температуры на изменения теплопроводности с помощью спектроскопии комбинационного рассеяния света. Из их исследований следует, что теплопроводность снизилась с 26,4 до 9,2 Вт / мК в диапазоне температур от 300 до 450 К. Кроме того, они наблюдали плато с уровня 410 К. Они объяснили уменьшение значения проводимости в пленке ОСУНТ. за счет усиления процессов рассеяния фононов высших порядков с ростом температуры. В таблице 4 приведены результаты исследования коэффициента теплопроводности в зависимости от температуры, имеющиеся в литературе.

Таблица 4 Влияние температуры на теплопроводность сеток УНТ

Влияние плотности

Удельная плотность и плотность упаковки УНТ в пленке оказывают значительное влияние на значение теплопроводности сеток УНТ. Увеличение теплопроводности связано с увеличением количества спаев, что способствует переносу тепла внутри образца. В литературе представлены различные способы увеличения плотности систем из УНТ.Первый заключается в отжиге образца, повышающем его упорядоченность и кристалличность ( подробно описывается в следующем подразделе ). Другие методы заключаются в механическом увеличении упаковки УНТ в пленку, например, путем их прессования с использованием различных давлений. В таблице 5 приведены результаты исследования теплопроводности в зависимости от плотности образцов.

Таблица 5 Влияние плотности

Prasher et al. [26, 79] исследовали влияние плотности в системах толстой бумаги, где SWCNT ориентированы случайным образом.На основе формулы (1) они использовали математическое моделирование для определения теоретической стоимости своих материалов. Кроме того, они заметили, что это было на порядок выше, чем экспериментальные результаты, представленные в таблице 5.

Zhang et al. В работе [47] исследовано влияние плотности упаковки УНТ в бумагу-пленку на величину теплопроводности. В своей работе они использовали разное давление в диапазоне от 20 до 30 МПа для того, чтобы прижать образец. Плотность образцов находилась в пределах 0.От 8 до 1,39 г / см ³ . Авторы подчеркнули, что наибольшее значение плотности образца, упакованного при самом высоком давлении, очень похоже на «предельную плотность 1,58 идеальных листов бумаги, рассчитанную с помощью простой модели гексагональной плотной упаковки» (см. Рис. 1). ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! Электропроводность измерялась стационарными методами, и наблюдалось увеличение с 472 до 766 Вт / мК. Исследование подтвердило, что теплопроводность увеличивается с увеличением плотности, что является результатом более высокой упаковки УНТ в образце, что, в свою очередь, приводит к более быстрой термической перколяции.

Стационарный метод также использовался Pöhls et al. [45] для исследования УНТ, полученных с помощью метода водного CVD. Теплопроводность этого образца составила 3,0 Вт / мК при комнатной температуре. Низкое значение проводимости авторы связали с малой плотностью массы.

Иткис и др. [64] применили болометрический метод для определения влияния метода подготовки пленки на термические свойства конечного продукта. Они получили два типа пленок УНТ. Первый был получен в результате самоорганизации нанотрубок на сетке из нержавеющей стали с использованием процесса электродугового разряда.(Название образца — пленка SWCNT.) Во втором методе они получали пленку с использованием вакуумной фильтрации из дисперсии SWCNT. (Название образца было pSWCNT.) Что касается метода приготовления, первая пленка продемонстрировала более низкую плотность упаковки, чем вторая. Толщина образцов aSWCNT и pSWCNT составляла 35 и 100 нм, а значения теплопроводности — 75 и 30 Вт / мК. В обеих пленках наблюдалось монотонное увеличение теплопроводности с температурой. В случае пленочной сетки aSWCNT переходы характеризовались более слабым контактом, чем в pSWCNT, поэтому теплопроводность была ниже.

Kong et al. [31, 39] проанализировали трехмерную сеть углеродных нанотрубок, состоящую из vaCNT, соединенных мостиком со случайно ориентированными вторичными CNT. Эта трехмерная структура была получена в два этапа. Сначала были созданы первичные ваУНТ, а затем на эти УНТ были нанесены частицы Ni. Частицы Ni выступили в роли катализатора и инициировали создание вторичных УНТ в последующем синтезе. В своих исследованиях они определили влияние структуры сети на значение теплопроводности, используя метод 3-ω на основе автономных датчиков.В результате разработки вторичных УНТ для 3D-системы с плотностью массива 5,6 × 10 ⁸ УНТ / см ² теплопроводность улучшилась более чем на 55% с 9,3 до 19,8 Вт / мК. Однако, когда плотность массива увеличилась до 7,2 × 10 ⁸ УНТ / см ² , присутствие вторичных УНТ ухудшило теплопроводность по сравнению с первичным массивом УНТ. Это явление объяснялось повышенной плотностью дефектов и слишком большим размером труба – труба.

Влияние отжига

Процесс получения и очистки УНТ существенно влияет на их свойства.Одним из основных факторов, влияющих на эти свойства, является процесс отжига конечного продукта, поскольку он устраняет загрязнения из материала, влияет на его внутреннее упорядочение и уменьшает количество дефектов в структуре и, кроме того, изменяет плотность, эффект который был описан выше. Исследование, проведенное Hone et al. [18, 75], Lin et al. [80] и Zhang et al. [71, 81] демонстрируют положительное влияние отжига на теплопроводность УНТ.

Hone et al.В работах [18, 75] были получены пленки из ОСУНТ, которые были ориентированы в магнитном поле и подвергнуты вакуумному отжигу при 1200 ° C. Этот фильм сравнивали с неотожженным фильмом. Они объяснили улучшение теплопроводности удалением с УНТ кислотных примесей, которые изменили механизм проводимости.

Используя LFA, Lin et al. [80] продемонстрировали, что низкая величина дефектов в одиночных нанотрубках вызывает повышенную теплопроводность и что процесс отжига влияет на степень упорядочения и уменьшение количества имеющихся дефектов.Кроме того, они обнаружили, что жгуты УНТ имеют более низкое значение теплопроводности, потому что взаимодействие трубка-трубка снижает эффективную теплопроводность отдельной УНТ.

В других работах Zhang et al. В [71, 81] описаны объемные МУНТ, полученные методом химического осаждения из паровой фазы разложением пропилена и водорода на никелевом катализаторе. После очистки полученные нанотрубки подвергались отжигу при различных температурах (1600 ° C, 1800 ° C, 2000 ° C). Они проанализировали [81] изменение структуры объемных МУНТ после отжига и обнаружили, что чем выше температура отжига, тем выше плотность, вплоть до 1.45 г / см ³ для температуры 2000 ° C. Измерения тепловых свойств дискообразных образцов МУНТ показали, что увеличение температуры отжига, т.е. плотности, вызывает увеличение значения теплопроводности с 2,8 до 4,2 Вт / мК и температуропроводности. Влияние отжига на изменение внутреннего упорядочения и увеличение плотности УНТ в сетках, а также его связь с увеличением теплопроводности также было представлено Yang et al.[82] и Иванов и др. [65]. Ян и др. [82] получили булочки из МУНТ, синтезированных методом химического осаждения из паровой фазы в присутствии Fe-катализатора. Затем они спекали обклеивающуюся бумагу при различных температурах от 500 до 1500 ° C в вакууме. Они заметили, что значение теплопроводности клеящих бумаг меняется с увеличением температуры спекания от 1,5 до 10,5 Вт / мК. В своем исследовании Иванов и соавт. [65] зарегистрировали увеличение теплопроводности до 400% для vaCNT после отжига при 2800 ° C, что еще раз демонстрирует, насколько важно избегать дефектов в материале.

Результаты вышеупомянутых исследований представлены в таблице 6.

Таблица 6 Влияние отжига на теплопроводность

Влияние направления измерения и центровки

Направление измерения с учетом направления УНТ в Образец также имеет значение, поскольку теплопроводность происходит вдоль УНТ, а не поперек них. Некоторые методы измерения, такие как LFA, основаны на приближении, что тепловой поток является однонаправленным [80].Это предположение было использовано Ли и др. [8] для измерения проводимости между плоскостями. В своих работах они также измеряли теплопроводность в плоскости с помощью метода горячего диска. Аналогичное исследование было проведено Misak et al. [83], но они провели измерения в плоскости, используя LFA, и измерения вне плоскости, используя метод горячего диска. Такой подход к обсуждению теплопроводности УНТ продемонстрировал, что, в зависимости от направления измерения, значения могут значительно отличаться и что, хотя материал является проводником в одном направлении, он может быть пограничным полупроводником / диэлектриком в другом.В обеих работах авторы показали, что теплопроводность в плоскости значительно выше, чем в плоскости. Измерение в плоскости составило 25 Вт / мК [83] и 150 Вт / мК [8], в то время как теплопроводность вне плоскости имеет одинаковое значение в обеих статьях: 0,1 Вт / мК.

Влияние направления измерения на значение теплопроводности было также указано Qiu et al. Затем они измерили значения теплопроводности для всех трех направлений: x — направление плоскости, y — поперек образца и z — в направлении толщины, что составило, соответственно, 127 Вт / мК, 42 Вт. / мК и 4 Вт / мК.Они также предположили, что haCNT заказываются более постоянно, чем Bucky paper или мат из CNT. Кроме того, они заметили, что изменение ориентации УНТ с вертикальной на горизонтальную улучшает теплопроводность в плоскости и снижает общее тепловое контактное сопротивление для haCNT.

Из проведенных исследований следует, что пленки из УНТ обладают свойствами анизотропных материалов. Величина теплопроводности вдоль УНТ намного выше, иногда даже на четыре порядка, чем в других направлениях.Эти обсуждения привели к исследованию влияния магнитного поля на упорядочение УНТ в пленках и, таким образом, к улучшению теплопроводности материалов. Такие работы описаны Fisher et al. [84] и Gonnet et al. [77]. Они использовали ОСУНТ для получения матов в магнитном поле величиной 7 и 26 Тл (группа Фишера) и 17,3 Тл (группа Гонне). Как и раньше, они продемонстрировали, что упорядочение углеродных нанотрубок с помощью магнитного поля значительно улучшает их теплопроводность.Результаты исследования приведены в таблице 7.

Таблица 7 Влияние направления измерения и выравнивания

УНТ в пленке также можно заказать механически. Одно из таких решений было предложено Wang et al. [48], которые получили лист Buckypaper с выровненными УНТ с помощью так называемого метода выталкивания домино, который продемонстрировал хорошую теплопроводность 153 Вт / мК (параллельно) и 72 Вт / мК (в поперечном направлении). Для сравнения был также получен образец бек-бумаги со случайно ориентированными нанотрубками — значение теплопроводности составило 81 Вт / мК.Они продемонстрировали, что упорядочение нанотрубок в плоскости увеличивает теплопроводность в направлении ориентации.

Сравнение методов измерения теплопроводности — C-Therm Technologies Ltd.

Узнайте цены на лучшие в отрасли приборы для измерения теплопроводности

Ученые и исследователи, ищущие приборы для измерения теплопроводности, должны найти правильный инструмент для измерения материалов в различных физических состояниях, которые часто трудно охарактеризовать.Когда вы запрашиваете расценки у C-Therm, мы предоставим рекомендации по приборам теплопроводности, сконфигурированным специально для вашего применения и отрасли.

Узнать цену

Стационарные методы непрерывно используют источник тепла для материала образца. Они считаются традиционным стандартом в некоторых приложениях, таких как метод защищенной горячей плиты для строительных материалов. Для точности измерения часто требуются большие образцы, тщательная подготовка образцов в соответствии со стандартами ISO и длительное время испытаний.Этот разрушающий метод не работает с жидкостями или материалами с высокой теплопроводностью и требует специально обработанных образцов пластин.

Стационарные методы измерения теплопроводности включают:

• Охраняемая горячая плита (ASTM C177)
• Измеритель теплового потока (ASTM C518)
• Измеритель продольного теплового потока с ограничениями для сравнения (ASTM E1225)
• Метод сравнительного осевого теплового потока (режущий стержень)

Переходные методы включают источник тепла периодически или в импульсном режиме, что значительно сокращает время испытаний (минуты по сравнению с часами).Переходные методы превзошли стационарные методы за последние три десятилетия благодаря своей гибкости с точки зрения короткого времени тестирования, точности и меньшего размера выборки.

Существует четыре распространенных метода измерения теплопроводности при переходных процессах:

• Модифицированный источник переходной плоскости (MTPS): (ASTM D7984)
• Источник переходной плоскости (TPS): (ISO 22007-2 и GB / T 32064)
• Источник переходных процессов (TLS): (ASTM D5334 и D5930)
• Коэффициент диффузии лазерной вспышки: (ASTM E1461)

Получить руководство по выбору метода измерения теплопроводности

Узнайте, какой метод измерения подходит для вашего приложения и материала, загрузив Руководство по выбору метода.

Загрузить сейчас

Схема коррекции для измерения теплопроводности с использованием метода сравнительного режущего бруса на основе трехмерного численного моделирования

Наука и техника в области измерений, том 25, номер 5. 2014 г.

Changhu Xing1, Charles Folsom1, Colby Jensen1, Heng Ban1 и Douglas W Marshall2

1 Кафедра машиностроения и аэрокосмической техники, Государственный университет Юты, Логан, Юта, 84322, США
2 Национальная лаборатория Айдахо, Айдахо-Фолс, штат Айдахо, 83415, США.

РЕФЕРАТ

Метод сравнительного осевого теплового потока (режущий стержень) — это стационарный метод измерения теплопроводности твердых тел. С момента своего появления в 1950-х годах он в значительной степени был заменен более быстрыми методами измерения переходных процессов. Однако определенные характеристики образца могут ограничивать применение методов измерения переходных процессов, таких как конкретная геометрия образца и / или составные образцы материалов, которые требуют измерения объема.В методе режущего стержня образец помещается между двумя эталонными материалами (измерительными стержнями) с известной теплопроводностью, чтобы сформировать испытательный пакет. Путем измерения распределения температуры испытательного стека, которое контролируется системой нагревателей и «защитой», неизвестная теплопроводность образца может быть вычислена с применением одномерного (1D) закона Фурье (см. Рисунок). . В прошлом были выявлены три основных недостатка метода, включая: неопределенность данных эталонного материала, эффект межфазного теплового контактного сопротивления и эффект несоответствия теплопроводности эталона и образца.Первый подразумевает, что неопределенность измерения никогда не может превышать неопределенность стандартного образца. Остальные эффекты по существу сводятся к увеличению отклонения от предполагаемого одномерного теплового потока, даже с защитой. Комбинация экспериментальных и вычислительных исследований показала, что использование рекомендуемых в настоящее время схем защиты не может дать точных результатов, когда теплопроводность образца заметно отличается от теплопроводности эталонного материала. Однако для линейного распределения защитной температуры, применяемого к данной конфигурации, ошибка смещения, вызванная несоответствием теплопроводности, может быть минимизирована при конкретном профиле защитной температуры, называемом оптимальным условием защиты.С помощью моделирования был объяснен механизм оптимальной защиты: по сути, он создает одномерный тепловой поток через испытательную батарею. Экспериментально разработанная схема защиты была проверена для ряда несоответствий теплопроводности. В качестве альтернативы использованию оптимального условия защиты была разработана схема коррекции для минимизации ошибки смещения, вызванной системой. Схема коррекции компенсирует любой трехмерный тепловой поток, вызванный неоптимальной защитой, путем параллельного моделирования системы измерения.Схема была подтверждена экспериментально путем измерения четырех образцов, охватывающих диапазон отношений теплопроводности между образцом и измерительным стержнем ~ 0,15-4. Образцы, находящиеся в крайних пределах диапазона измеряемых соотношений, являлись аттестованными стандартными образцами. Применение оптимальных условий защиты или методики коррекции может обеспечить неопределенность измерения до уровня неопределенности теплопроводности измерительного стержня и становится все более важным для большего отклонения несоответствия теплопроводности между образцом и измерительным стержнем.

Перейти в журнал

Теплопроводность: что это такое

Автор: Норман Кеснель — Advanced Thermal Solutions, Inc.

Теплопроводность: мера способности материала передавать тепло. Для двух поверхностей по обе стороны от материала с разницей температур между ними теплопроводность — это тепловая энергия, передаваемая в единицу времени и на единицу площади поверхности, деленная на разность температур ¹ .

Теплопроводность — это объемное свойство, которое описывает способность материала передавать тепло. В уравнении на рисунке 1 теплопроводность — это коэффициент пропорциональности K. Расстояние теплопередачи определяется как скорость передачи тепла через материал (Q) от температуры T ₁ до температуры T ₂ , когда T ₁ > Т ₂ ² .

Рис. 1. Процесс теплопроводности от горячей (T ₁ ) к холодной (T ₂ ) поверхности.

Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования; от матрицы, где выделяется тепло, к шкафу, в котором размещена электроника, теплопроводность и, следовательно, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами общего процесса управления температурой.

Путь тепла от матрицы к внешней среде — сложный процесс, который необходимо учитывать при разработке теплового решения.В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах сопротивление проводимости от кристалла к плате необходимо было оптимизировать, поскольку первичный путь теплопередачи находился в печатной плате. По мере увеличения уровней мощности передача тепла исключительно на плату становилась недостаточной. Большая часть тепла теперь рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление перехода к корпусу, а также конструкция присоединенного радиатора.

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

Материал интерфейса
Интерфейсный материал улучшает тепловой контакт между несовершенными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей способностью к смачиванию поверхности снижает межфазное сопротивление.

Сопротивление растеканию
Сопротивление растеканию используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим радиатором. Среди прочего, теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.

Сопротивление проводимости
Сопротивление проводимости — это мера внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло передается от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду.Что касается конструкции радиатора, сопротивление теплопроводности менее важно в условиях естественной конвекции и низкого расхода воздуха, но становится более важным при увеличении расхода.

Общие единицы теплопроводности — Вт / мК и БТЕ / час-фут- ° F.

Материал	Объемная проводимость (Вт / мк)
Серебро, чистое	418,0
Медь 11000	388.0
Алюминий 6061 T6	167,0
Цинк чистый	112,2
Чугун, литье	55,0
Припой, 60% олова	50,0
Титан	15,6
Термопаста, T660	0,90
Стекловолокно	0.040
Воздух, стп	0,025

В электронной промышленности постоянное стремление к меньшему размеру и более высокой скорости значительно уменьшило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макро- к микромасштабу, важно учитывать влияние на теплопроводность и не предполагать, что объемные свойства все еще точны. Уравнения Фурье на основе континуума не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах.Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана ³ .

Влияние толщины на проводимость показано на рисунке 2. Характеризуемым материалом является кремний, который широко используется в электронике.

Рисунок 2: Теплопроводность тонкой кремниевой пленки ³ .

Как и многие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристалл и графит — два примера таких материалов. Графит используется в электронной промышленности, где ценна его высокая проводимость в плоскости. Кристаллы графита имеют очень высокую проводимость в плоскости (~ 2000 Вт / мК) из-за прочной связи углерод-углерод в их базисной плоскости. Однако параллельные базисные плоскости слабо связаны друг с другом, и теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~ 10 Вт / мК) ⁴ .

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

Рисунок 3: Зависимость теплопроводности нитрида алюминия от температуры.

Рисунок 4: Зависимость теплопроводности кремния от температуры ⁵ .

В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше подтолкнут потребность в улучшенной теплопроводности.Следовательно, стоит также изучить другие области исследований и разработок в области повышения теплопроводности для существующих материалов, используемых в корпусах электроники. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, где углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к проводимости алмаза из-за большой длины свободного пробега фононов ⁷ . Разработка новых и улучшение существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурой, поскольку рассеиваемая мощность устройства постоянно растет.

Эта статья впервые появилась в электронном бюллетене Qpedia Thermal в октябре 2011 года.

Артикул:

1. Теплопроводность, Американский научный словарь наследия, Houghton Mifflin Company
2. Моран М. и Шапиро Х., Основы инженерной термодинамики, стр. 47, 1988 г.
3. Гай С., Ким В., Чанг, П., Амон, К., Джон, М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь 2006 г., стр.2006
4. Норли Дж., Роль природного графита в охлаждении электроники, Охлаждение электроники, август 2001 г.
5. Слэк Г.А., Танзилли Р.А., Поль Р.О., Вандерсанде Дж.В., Дж. Phys. Chem. Твердые тела 48, 7 (1987), 641-647
6. Глассбреннер, К. и Слак, Г., Теплопроводность кремния и германия от 3 ° К до точки плавления, Physical Review 134, 4A, 1964
7. Бербер С., Квон Ю. и Томанек Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, Том 84, № 20, стр. 4613-4616, 2000 г.

Отказ от ответственности: мнения, убеждения и точки зрения, выраженные различными авторами и / или участниками форума на этом веб-сайте, не обязательно отражают мнения, убеждения и точки зрения Digi-Key Electronics или официальную политику Digi-Key Electronics.