Теплопроводность единицы измерения
понятие о термине, единица измерения, коэффициент для разных материалов
При возведении здания строители стараются добиться его энергоэффективности, чтобы условия в помещениях были комфортными. Для этого учитывают теплопроводность строительных материалов. Но, если принято решение самостоятельно заниматься этим процессом, то понадобится изучить все понятия о термине и единице его измерения, чтобы правильно подобрать теплоизоляцию. В связи с тем, что коэффициент теплопроводности разный для материалов, к вопросу нужно подойти ответственно, чтобы избежать ошибки при их выборе.
Содержание
- 1 Теплопроводность – что это такое
- 1.1 Коэффициент теплопроводности
- 1.2 Сопротивление теплопередаче
- 2 Таблица теплопроводности материалов
- 2.1 Строительные материалы
- 2.2 Теплоизоляционные материалы
- 2.3 Для чего рассчитывается теплопроводность
- 3 Как рассчитать толщину стены
Теплопроводность – что это такое
Теплопроводностью называется способность всех видов газов, жидкости или материалов передавать тепло. Это значит, что когда объект нагревается с одной стороны, он трансформируется в теплопроводник, т.к. передает свою энергию дальше. При охлаждении процесс происходит также.
Например, если во время приготовления пищи перемешивать продукты деревянной лопаткой, то изменений в температуре не последует. Но, если для этих целей использовать кухонную утварь из металла, то она быстро нагреется так, что держать ее станет в руке невозможно. Таких примеров теплопроводности привести можно немало.
Объяснение этого с точки зрения физики: тепловая энергия стремится от среды с высокой температурой к среде с низкой температурой. Причем ей требуется время, чтобы пройти через стройматериал. Чем больше его нужно, тем ниже скорость передачи тепла.
Так,
- теплопроводность кирпича и стали составляет 0,56 и 58Вт/м●К соответственно;
- древесины – 0,09-0,1;
- песка – 0,35
Можно заметить, что не все материалы обладают одинаковой теплоэффективностью, это зависит от факторов:
- Пористая структура свидетельствует о ее неоднородности и наличии воздуха в порах.
- Структура пор – небольшие размеры и их замкнутость приводит к снижению теплового потока.
- Плотность – чем она выше, тем больше коэффициент проводимости тепла.
- Влажность – негативный фактор, который повышает скорость теплопередачи. Поэтому надо качественно произвести гидроизоляцию сооружения, правильно сделать вентиляцию и использовать влагоустойчивые стройматериалы.
Формула теплопроводности создана с учетом воздействия температуры на это свойство материала. Выглядит она так:
λ=λ0●(1+b●t), где
- λ0 — коэффициент теплопроводности при 0°С, измеряется который в Вт/м●℃;
- b – справочная величина температуры;
- t – непосредственно температура.
Коэффициент теплопроводности
Зачастую в паспорте стройматериалов указан коэффициент теплопроводности – единица измерения которого Вт/(м●℃). Она характеризует любой материал как проводник тепла. В формуле она определяется греческой буквой λ.
Данный коэффициент демонстрирует способность используемого материала передавать тепло на определенную дистанцию за время.
При этом показатель определяет именно сырье, а его размеры значения не имеют.
Рассчитать коэффициент теплообмена можно для материала строительного и иного назначения. Например, коэффициент теплоотдачи стали использовать как теплоотвод или теплообменник. Но для больше части стройматериалов ситуация обратная – чем меньше этот показатель для стен, тем меньше тепла здание потеряет зимой.
Сопротивление теплопередаче
Коэффициент теплопередачи – это показатель, характеризующий используемый материал. Но, как показывает практика, лучше оперировать какой-то величиной, которая будет описывать теплопроводные способности определенного сооружения. Иными словами, учитываться должны особенности его строения и параметров.
Термическое сопротивление – это и есть такая величина. Можно считать, что она обратная коэффициенту теплопроводности и учитывающая толщину стройматериала. Для этого показателя существует следующее обозначение – R. Формула при этом выглядит следующим образом:
R = h/λ, где
- R — сопротивление теплопередаче однослойной однородной ограждающей конструкции, м²•℃/Вт;
- h — толщина этого слоя в метрах;
- λ — коэффициент теплопроводности материала конструкции, Вт/(м•℃).
Часто стены сооружают многослойными, один слой при этом – утеплитель с низким коэффициентом теплопроводности. Благодаря такому подходу нужный показатель повышается. Это связано с тем, что надо прибавить все слои сопротивления теплопередаче, из которых состоит ограждающая конструкция. Не стоит забывать и о суммировании приграничных слоев воздуха внутри и снаружи сооружения.
Таблица теплопроводности материалов
Для стен, перекрытий, и полов используют разные материалы, но часто теплопроводность гипсокартона и других строительных материалов сравнивают с кирпичом. Его знают все, поэтому проводить аналогии с ним намного проще. Но для кирпичных стен надо выбрать теплоизоляцию, т.к. они обладают высокой теплопроводностью.
Строительные материалы
Коэффициент теплопроводности строительных материалов указан в таблице. В ней отражены нормативные показатели, демонстрирующие теплоизоляционные свойства.
| Строительный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м•К |
| Бетон | 2400 | 1,51 |
| Железобетон | 2500 | 1,69 |
| Керамзитобетон | 500 | 0,14 |
| 1800 | 0,66 | |
| Пенобетон | 300 | 0,08 |
| Пеностекло | 400 | 0,11 |
Эти значения используют, если надо рассчитать:
- теплоизоляцию фасадов;
- общестроительную изоляцию;
- сколько понадобится изоляционных материалов при устройстве крыши;
- техническую изоляцию.
Такие простые вычисления уже в начале проектирования позволят определить более подходящие материалы и их количество.
Показатель теплопроводности металлов (железа, алюминия и пр.) тоже имеет значение в строительстве, например, при выборе батареи в помещение. Кроме этого, эти значения пригодятся в процессе сварки ответственных сооружений, производстве полупроводников и изоляторов разного типа. Таблица теплопроводности металлов поможет быстро найти нужное значение.
| Металл | Коэффициент теплопроводности при температуре, °C | ||||
| -100 | 0 | 100 | 300 | 700 | |
| Алюминий | 2,45 | 2,38 | 2,3 | 2,26 | 0,9 |
| Бериллий | 4,1 | 2,3 | 1,7 | 1,25 | 0,9 |
| Ванадий | — | — | 0,31 | 0,34 | — |
| Висмут | 0,11 | 0,08 | 0,07 | 0,11 | 0,15 |
| Вольфрам | 2,05 | 1,9 | 1,65 | 1,45 | 1,2 |
| Гафний | — | — | 0,22 | 0,21 | — |
| Железо | 0,94 | 0,76 | 0,69 | 0,55 | 0,34 |
| Золото | 3,3 | 3,1 | 3,1 | — | — |
| Индий | — | 0,25 | — | — | — |
| Иридий | 1,51 | 1,48 | 1,43 | — | — |
| Кадмий | 0,96 | 0,92 | 0,9 | 0,95 | 0,44 |
| Калий | — | 0,99 | — | 0,42 | 0,34 |
| Кальций | — | 0,98 | — | — | — |
| Кобальт | — | 0,69 | — | — | — |
Таблица теплопроводности воздуха поможет правильно рассчитать показатель теплообмена.
Все расчеты зависят от температуры окружающей среды.
| Температура, °C | Теплопроводность, Вт/м•град |
| -50 | 0,0204 |
| -40 | 0,0212 |
| -30 | 0,022 |
| -20 | 0,0228 |
| -10 | 0,0236 |
| 0 | 0,0244 |
| 10 | 0,0251 |
| 20 | 0,0259 |
| 30 | 0,0267 |
| 40 | 0,0276 |
| 50 | 0,0283 |
Судя по данным из таблицы, с увеличением температуры показатель теплопроводности также растет.
Теплоизоляционные материалы
В основном надо учитывать показатель теплопроводности изоляционных материалов. Важно помнить, что если у металлов он зависит от температуры воздуха, то у утеплителей главную роль играет плотность. По этой причине в таблице расставлены результаты с учетом плотности используемого материала.
| Теплоизоляция | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/м•К |
| Минеральная вата (базальтовая) | 50 | 0,048 |
| 100 | 0,056 | |
| 200 | 0,07 | |
| Стекловата | 155 | 0,041 |
| 200 | 0,044 | |
| Пенополистирол | 40 | 0,038 |
| 100 | 0,041 | |
| 150 | 0,5 | |
| Пенополистирол экструдированный | 33 | 0,031 |
| Пенополиуретан | 32 | 0,023 |
| 40 | 0,029 | |
| 60 | 0,035 | |
| 80 | 0,041 |
Перед тем, как сделать окончательный выбор, надо взять во внимание тот факт, что некоторые из представленных материалов при повышенной влажности значительно лучше проводят тепло.
В случае, когда во время его использования существует вероятность наступления такой ситуации надолго, для расчета надо применять теплопроводность именно для такого состояния.
Для чего рассчитывается теплопроводность
Коэффициент теплопередачи поможет рассчитать без ошибок толщину несущих стен с учетом утеплителей. Процент потери тепла в здании составляет:
- по 30% через кровлю и стены;
- 10% — сквозь полы;
- 20% приходится на окна и двери.
Внимание!
Утечка тепла происходит через несколько ограждающих конструкций в строящемся здании.
Иными словами, при неправильном расчете, жители такого дома будут использовать только 10% тепловой энергии, исходящей от радиаторов отопления.
Как рассчитать толщину стены
Для этого понадобится суммировать коэффициенты теплопроводности всех материалов, которые были использованы при возведении стены. Это неудивительно, т.к. часто этот элемент возводят в несколько слоев.
Так, коэффициент теплопроводности кирпича, наружного слоя штукатурки и облицовки надо учесть, как и выравнивающие материалы, используемые для внутренних работ (листы из гипсокартона, плиты, панели и пр.). Показателем воздушной прослойки тоже не стоит пренебрегать.
Существует удельная теплопроводность для каждого региона страны, которую берут за основу вычислений. Важно помнить, что расчетная величина не должна быть больше удельной. В таблице приведены значения по городам, которые рассчитывались с учетом средней температуры и уровня влажности:
| Населенный пункт | Теплопроводность |
| Москва | 3,14 |
| Санкт-Петербург | 3,18 |
| Ростов-на-Дону | 2,75 |
| Сочи | 2,1 |
Чем южнее, тем показатель должен быть меньше. Следовательно, толщину стены можно уменьшить.
Определение теплопроводности стройматериалов — важный этап при возведении зданий.
Благодаря ему в помещении можно обеспечить комфортные условия проживания: зимой в нем не будет холодно, а летом — жарко. Поэтому пренебрегать им не стоит. Кроме этого, нужно знать, от чего зависит теплопроводность.
| ГОСТы, СНиПы Карта сайта TehTab.ru Поиск по сайту TehTab.ru | Навигация по справочнику TehTab.ru: главная страница / / Техническая информация/ / Алфавиты, номиналы, коды/ / Перевод единиц измерения. / / Единицы измерения теплопроводности. Перевод единиц измерения теплопроводности - таблица.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Нашли ошибку? Есть дополнения? Напишите нам об этом, указав ссылку на страницу. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| TehTab.ru Реклама на сайте | Обращаем ваше внимание на то, что данный интернет-сайт носит исключительно информационный характер. Информация, представленная на сайте, не является официальной и предоставлена только в целях ознакомления. Все риски за использование информаци с сайта посетители берут на себя. Проект TehTab.ru является некоммерческим, не поддерживается никакими политическими партиями и иностранными организациями. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Разница менее 0,1%.
1
0421
16222*10-2
00067
13379*10-3
13656*10-3
00067
999331
41909*10-2
77592*10-3
0421
60421*10-2Что такое теплопроводность? Как это измеряется? – TAL
Автор: Джон Клиффорд, стажер-химик
Что такое теплопроводность?
Рисунок 1: Теплопередача за счет теплопроводности плоской стенки, показывающая важность теплопроводности в теплопередаче
Теплопроводность — это свойство, описывающее способность материала проводить тепло.
Он часто обозначается как k и имеет единицы СИ W/m·K (Ватт на метр по Кельвину). Теплопроводность является ключевым параметром при измерении кондуктивной теплопередачи.
Тепло может передаваться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Весь теплообмен происходит, когда между двумя областями существует разница температур; проводимость отличается тем, что теплота «проходит через тело самого вещества» [1]. Внутри твердых тел конвекция отсутствует, а излучение обычно незначительно, а это означает, что проводимость чрезвычайно важна для описания теплового поведения.
Поскольку проводимость происходит через вещество, она может происходить либо внутри объекта, либо через два контактирующих материала. Определяющая формула кондуктивной теплопередачи описывается законом теплопроводности Фурье:
q = -k ∇T
Где q — тепловой поток (Вт/м 2 ), ∇T — градиент температуры (К/м), k — тепловой поток.
проводимость [2]. Это математически демонстрирует, что теплопередача линейно пропорциональна градиенту температуры, а теплопроводность материала представляет собой константу пропорциональности. Это означает, что он может иметь большое влияние на скорость теплопередачи.
Поскольку теплопроводность является физическим свойством, она будет меняться в зависимости от типа, структуры и состояния материала. Точно так же это также функция температуры, которую важно учитывать в приложениях, где температура может сильно варьироваться, например, в электронном управлении температурой [3]. Точно так же обратной величиной теплопроводности является тепловое удельное сопротивление, которое является внутренним свойством, указывающим на эффективность материала в качестве изолятора [1].
Электропроводность твердых тел может сильно различаться. Например, металлы обычно очень теплопроводны из-за делокализованного движения электронов в металлической связи. Это способствует более быстрому нагреву металлов, чем другие материалы, такие как пластик или стекло.
Рис. 2. Медные листы, металл с высокой теплопроводностью, часто используемый в промышленности
Однако все твердые тела, включая металлы, проводят тепло за счет вибрации между соседними атомами. Некоторые твердые материалы, такие как пенополистирол, имеют низкую k и действуют как изоляторы. Частично это связано с низким значением k для воздуха, содержащегося в пустотах этих материалов [4]. Для получения дополнительной информации о теории теплопроводности см. видео ниже:
Одним из примеров важности теплопроводности является область полимерных композитов и добавок. Полимеры все чаще используются в радиаторах от электроники до биомедицинских устройств и автомобильных деталей.
Рисунок 3: Термопаста, теплопроводящий материал, изготовленный с использованием проводящих добавок для эффективного отвода тепла
Однако для того, чтобы заменить металлы и керамику в этих термочувствительных устройствах, теплопроводность должна быть улучшена. Это достигается за счет использования добавок, повышающих проводимость, таких как медь, серебро, углеродные нанотрубки и графен. Затем эти композиты можно использовать для управления температурным режимом, поскольку повышенная проводимость будет более эффективно отводить тепло от чувствительных материалов. Однако проблемы с распределением наполнителя в полимерной матрице могут изменить ее термические свойства. Следовательно, необходимо протестировать и количественно оценить тепловые характеристики, чтобы убедиться, что композит функционирует так, как задумано [5].
Как это измеряется?
Рис. 4. Датчик C-Therm с модифицированным плоскостным источником переходных процессов (MTPS) — быстрый и точный способ измерения теплопроводности время от 1 до 3 секунд.
Теплопроводность и эффузивность измеряются напрямую и работают в диапазоне от -50 до 200°C. Он соответствует ASTM D7984 и рекомендуется для твердых тел, жидкостей, порошков и паст [6]. Это широко используется из-за быстрого времени тестирования и простоты подготовки образцов.
Рис. 5. Датчик плоскостного источника переходного процесса (TPS), двусторонний датчик для более опытных пользователей
Датчик плоского источника переходного процесса представляет собой двусторонний датчик горячего диска. Он может одновременно определять теплопроводность, температуропроводность и рассчитывать удельную теплоемкость по одному измерению. Он работает при температуре от -50 до 300°C, соответствует стандарту ISO 22007-2 и рекомендуется для твердых веществ [6].
Рис. 6. Датчик линейного источника переходных процессов (TLS), рекомендуется для расплавов полимеров и геологических применений
Наконец, в методе переходного линейного источника используется датчик типа игольчатого зонда, который полностью погружается в материал, нагревая его в радиальном направлении.
Это измерение обычно занимает от 2 до 10 минут и лучше всего подходит для таких вещей, как расплавы полимеров, почва, гравий или вязкие жидкости. Соответствует ASTM D5334, D5930 и IEEE 442-1981 [6].
Дополнительная информация:
Дополнительная информация об испытаниях на теплопроводность
Услуги по проведению испытаний по контракту
______________________________________________________________________
Ссылки:
[1] Карслоу, Х.С. и Джагер, Дж. К. (1959). Теплопроводность в твердых телах . Оксфорд. https://books.google.ca/books/about/Conduction_of_Heat_in_Solids.html?id=y20sAAAAYAAJ&redir_esc=y
[2] Бергман, Т.Л. и Лавин, А.С. (2017). Основы тепломассообмена . Джон Уайли и сыновья. https://www.wiley.com/en-us/Fundamentals+of+Heat+and+Mass+Transfer%2C+8th+Edition-p-9781119353881
[3] C-Therm Technologies. (2022). Терморегулирование в электромобилях . https://ctherm.
com/resources/tech-library/thermal-management-in-electric-vehicles/
[4] Geankoplis, CJ, Hersel, AA, & Lepek, DH (2018). Принципы процессов транспортировки и разделения . Пирсон Образование.
[5] C-Therm Technologies. (2022). Проводящие полимеры . Ctherm.com. https://ctherm.com/applications/polymers/
[6] C-Therm Technologies. (2022). Специальный отчет: Выбор метода определения теплопроводности 92 .
Теплопроводность: Скорость, с которой тепло проникает через данный материал.Закон Фурье определяет способность конкретного материала передавать тепло. Он определяет тепловой поток Q через материал с точки зрения площади поперечного сечения, через которое происходит передача тепловой энергии, A, и температурного градиента, по которому происходит передача, ∆T/∆x:
Q= -κA ∆T/∆x (1)
k – константа пропорциональности для этой зависимости, известной как теплопроводность. Это характерное свойство материала.
Единицы отдельных компонентов уравнения (1) могут быть записаны (с Q, определенным через мощность): 92∙K/м (2)
При сокращении единиц длины уравнение (2) принимает вид:
Вт/м=κ∙K (3)
Решение для теплопроводности, k:
κ=Ватт/(м∙K) (4)
В отличие от других физических свойств, теплопроводность зависит от множества различных свойств; поэтому теплопроводность одного и того же материала может различаться в разных условиях. Это включает температуру, давление, влажность и фазу материала. Поэтому существует множество гибких методов измерения теплопроводности.
Датчик MTPS для измерения теплопроводности и эффузивности, соответствующий стандарту ASTM D7984
Метод модифицированного плоского источника переходных процессов (MTPS) — очень быстрый и универсальный метод. Используя MTPS, теплопроводность твердых тел, жидкостей и порошков можно измерить примерно за 3 секунды. Односторонний датчик, MTPS работает, просто помещая образец на датчик, где индуцируется небольшое количество тепла.
Затем на основе корреляций измеряется падение напряжения на датчике и коррелируется с теплопроводностью.
Датчик TPS для измерения теплопроводности, рекомендуемый для опытных пользователей и соответствующий стандартам ISO 22007-2 и GB/T32064. TPS позволяет пользователю настраивать уровень мощности и время испытаний, а также может похвастаться диапазоном теплопроводности от 0,03 до 2000 Вт/мК. Датчик TPS идеально подходит для анизотропных материалов и тонких пленок и доступен в нескольких размерах.
Датчик TLS для измерения теплопроводности в оболочке из нержавеющей стали, эта прочная игла соответствует требованиям ASTM D5334, D5930 и IEEE 442
. Датчик переходного линейного источника (TLS) представляет собой датчик в виде игольчатого зонда. Этот датчик работает, полностью погружаясь в образец, и направляя тепло в образец радиально. Температура измеряется в центре и на конце иглы, и эта скорость изменения коррелирует с теплопроводностью. Этот метод идеально подходит для крупных порошков, почвы, гравия и очень вязких или липких материалов, таких как расплавы полимеров.
