У каких строительных материалов выше коэффициент теплопроводности RealConstruct

Получен изотропный теплопроводящий полимер • Аркадий Курамшин • Новости науки на «Элементах» • Химия

Рис. 1. Теплопроводящие пленки поли(3-гексилтиофена), легированные трихлоридом железа (P3HT/FeCl3) и выращенные при 45°C (C) и при 85°C (D). В обоих случаях время полимеризации составляло 40 минут. Светлые пятна — кристаллиты в структуре полимерной пленки. Можно заметить, что в полимере, полученном при 45°C, наблюдаются более четкие границы между упорядоченными и неупорядоченными структурными элементами пленки. Изображения получены атомно-силовым микроскопом. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

Известные на сегодня полимеры обладают плохой теплопроводностью, что создает ряд проблем, например, при производстве массовой электроники. Ранее ученые смогли получить полимеры, которые могут хорошо проводить тепло только в одном направлении. Химики из Массачусетского технологического института впервые получили пластичный полимерный материал, который проводит тепло во всех направлениях. Полимер сохраняет обычную легкость и эластичность, а при комнатной температуре его коэффициент теплопроводности составляет 2,2 Вт/(К×м), что примерно соответствует теплопроводности гранита и в десять раз превышает теплопроводность обычных полимеров.

Сейчас трудно представить хоть одну современную технологию, которая обходится без применения полимеров — высокомолекулярных веществ, характеризующихся наличием повторяющихся структурных единиц (мономерных звеньев). Как правило, эти звенья собираются в длинные цепочки, которые связаны друг с другом при помощи межмолекулярных взаимодействий.

Массовое промышленное производство синтетических полимеров началось в 1950-е годы после разработки Карлом Циглером и Джулио Наттой катализаторов, позволяющих осуществлять объединение низкомолекулярных молекул в полимеры в относительно мягких условиях. Наиболее распространенные и производимые полимеры — полиэтилен, полипропилен, полистирол, полихлорвинил, синтетический каучук и полиэтилентерефталат — применяются как конструкционные материалы, из них изготавливают электроизоляцию, резинотехнические изделия, пищевые упаковки, тару для хранения пищевых и непищевых продуктов, легкие корпуса для электроники и много чего еще.

В конце ХХ — начале XXI века новые типы полимеров стали применяться и в более тонких областях. Они, например, позволяют создавать биосенсоры, не мешающие их носителю заниматься привычными делами, или робототехнику с гибкими и эластичными манипуляторами. Благодаря полимерам стала возможной трехмерная печать, причем не только из полимеров, но и из других материалов (см.: Разработан способ трехмерной печати металлами с рекордным разрешением, «Элементы», 29.03.2018; Немецкие химики создали полимер для 3D-печати стеклянных изделий, «Элементы», 24.04.2017).

Несмотря на повсеместное использование, у полимеров есть и недостатки с точки зрения практического применения. Так, у всех известных на настоящий момент полимеров низкая теплопроводность (A. Henry, 2014. Thermal transport in polymers). Значение коэффициента теплопроводности полимеров — около 0,2 Вт/(К×м) (примерно как у пенобетона и древесины) — позволяет рассматривать их скорее как теплоизоляционные, нежели теплопроводные материалы. Многие сталкивались с перегревом электрических приборов в полимерных корпусах: такой корпус удерживает тепло, выделяемое при работе прибора, а не рассеивает его.

Плохая теплопроводность полимеров и других аморфных материалов (например, стекла), как правило, объясняется сочетанием крайне низкой упорядоченности их молекулярной структуры и слабостью межмолекулярных взаимодействий между элементами этой структуры. В отличие от низкомолекулярных соединений, большинство из которых в твердом состоянии образуют кристаллические решетки, в полимерах упорядоченные элементы — кристаллиты — существуют одновременно с аморфными участками. Из-за этого средняя длина свободного пробега тепловых фононов (квазичастиц — переносчиков тепловой энергии, длина пробега которых зависит от степени упорядоченности материала) равна 3–5 Ǻ, что сравнимо с межатомными расстояниями. Это и приводит к малоэффективному переносу тепла в полимерах.

Доля упорядоченных участков в общей надмолекулярной структуре полимера называется степенью кристалличности (crystallinity, см. также разъяснение здесь). Для одного и того же полимера степень кристалличности может меняться как в зависимости от условий его получения (механизма полимеризации, температуры, давления, наличия и строения катализатора), так и в результате физических или химических воздействий, изменяющих структуру уже синтезированных полимеров, — так называемых постсинтетических модификаций. Увеличение степени кристалличности должно удлинять пробег тепловых фононов и тем самым повышать теплопроводность полимера.

Систематические исследования в этом направлении идут уже несколько лет. Макроцепи в полимерах пытались упорядочивать разными способами: например, вытягиванием (S. Shen et al., 2010. Polyethylene nanofibres with very high thermal conductivities) и ориентированием с помощью шаблонов (V. Singh et al., 2014. High thermal conductivity of chain-oriented amorphous polythiophene). Эти и другие работы показали, что многократное увеличение теплопроводности полимера возможно. Правда, во всех этих случаях передача тепла происходила только вдоль упорядоченных полимерных цепей. Так, удалось получить образец полиэтилена с теплопроводностью 100 Вт/(К×м) вдоль одной из осей (вдоль двух других осей теплопроводность этого образца составляла обычные для полиэтилена 0,2 Вт/(К×м)). Теплопроводность порядка 100 Вт/(К×м) характерна для железа и латуни, но они, как и другие металлы и сплавы, проводят тепло во всех направлениях, то есть изотропны в этом отношении.

Анизотропия теплопереноса в получавшихся при помощи постсинтетических методов полимерах связана с тем, что полимерные цепочки удавалось упорядочить только в одном направлении. Поэтому тепловой поток легко идет вдоль оси, ориентированной параллельно упорядоченным цепям, но из-за слабых межмолекулярных взаимодействий тепло плохо передается с одной цепи на другую. Такая анизотропия мешает практическому применению. Проблемы создает еще и то, что постсинтетические способы увеличения степени кристалличности полимеров невозможно масштабировать.

Ученые из MIT и Аргоннской национальной лаборатории предположили, что потенциальными кандидатами на роль теплопроводящих полимеров могут стать макромолекулы с сопряженными связями в главной цепи. Их статья вышла недавно в журнале Science Advances. Система сопряжения связей в полимерах возникает либо за счет чередования двойных и одинарных связей, либо за счет чередования соединенных одинарными связями ароматических фрагментов, либо за счет сочетания этих случаев. Полимеры с длинной системой сопряжения давно привлекают исследователей: еще в 1977 году Алан Хигер, Алан Макдиармид и Хидэки Сиракава получили полиацетилен — электропроводный полимер с сопряженными кратными связями, за что в 2000 году они получили Нобелевскую премию по химии.

От полимеров с сопряженными связями высокую теплопроводность можно ожидать по двум причинам. Во-первых, эти полимеры отличаются жесткими по структуре молекулярными цепями, которые потенциально проще ориентировать в нужном направлении чем молекулярные нити полиэтилена и подобных ему полимеров. Во-вторых, между кратными связями или ароматическими фрагментами, расположенными на соседних полимерных цепях, могут возникать прочные межмолекулярные π-π стэкинг-взаимодействия, потенциально способствующие переходу тепловых фононов с одной цепи на другую.

Тем не менее, коэффициент теплопроводности обычных сопряженных полимеров, как и у полиэтилена и других полимеров без системы сопряжения в главной цепи, составляет небольшую величину — все те же 0,2 Вт/(К×м). Предполагается, что это связано со значительным рассеиванием тепловых фононов из-за низкой упорядоченности цепей в полимере, вызванной их неправильной формой, переплетением и другими дефектами (T. Zhang et al., 2014. Polymer Nanofibers with Outstanding Thermal Conductivity and Thermal Stability: Fundamental Linkage between Molecular Characteristics and Macroscopic Thermal Properties).

Читайте также:  Продажа лесовозов в Хабаровске; Самосвалы, тягачи 6х6 Скания ЯКУТИЯ ХАБАРОВСК МАГАДАН БЛАГОВЕЩЕНСК

В обсуждаемой работе для создания теплопроводного полимера использовался способ, позволяющий одновременно сформировать и химические связи цепочек полимера, и нехимические межмолекулярные взаимодействия: связывание находящихся по соседству друг с другом полимерных цепей силами, прочность которых меньше прочности химических связей (силами Ван-дер-Ваальса, π-π стэкинг-взаимодействиями и другими). Ученые попробовали получить образец полимера с высокой степенью кристалличности непосредственно в ходе синтеза из мономеров (прежние исследования, напомним, пытались тем или иным способом внести порядок в уже готовый полимер).

Проверить, сможет ли синхронное формирование молекулярной и надмолекулярной структуры полимера увеличить его теплопроводность, было решено на политиофене (см. polythiophene) — электропроводящем полимере с системой сопряжения, который сам или в виде своих производных уже несколько лет применяется для изготовления органических солнечных батарей и транзисторов.

Рис. 2. Структура политиофена. Рисунок с сайта wikimedia.org

Идея оправдала себя: теплопроводность поли(3-гексилтиофена) (производного политиофена) с высокой степенью кристалличности оказалась в десять раз лучше, чем у коммерчески доступных образцов политиофена, характеризующихся скромным внутримолекулярным порядком.

Ученые применили методику, основанную на химическом осаждении из паров. Этот метод идеально подходит для получения высокоупорядоченных полимерных цепей. В нем в качестве исходных веществ фигурируют только мономер и его окислитель, и, как результат, образец полимера отличается высокой степенью чистоты. Если полимер получать «мокрым способом» — из раствора, — молекулы растворителя могут связаться с цепью образующегося полимера, повлияв в дальнейшем на формирование его надмолекулярной структуры. (A. Asatekin et al., 2010. Designing polymer surfaces via vapor deposition)

Рис. 3. Схема получения тонкой пленки поли(3-гексилтиофена), легированной трихлоридом железа (P3HT/FeCl3). А: слева — пленку выращивают из адсорбированного из паров мономера (3-гексилтиофена) в присутствии окислителя (FeCl3), при этом растут наностержневые структуры; в середине — схема микроструктуры пленки, в которой за счет π-π стэкинг-взаимодействия образуются домены с упорядоченными цепями (затенение синим и красным, в этих доменах цепи полимеров не могут искажаться); справа — при полимеризации мономера в присутствии FeCl3 образуются способные к теплопередаче фрагменты с хиноидной структурой. B: слева — промывка метанолом удаляет избыток окислителя (FeCl3), удаляя из структуры полимера часть легирующих добавок, в результате получается тонкая пленка P3HT; в середине: схема микроструктуры пленки после частичного удаления FeCl3, домены с упорядоченными цепями (затенение красным) также образуются за счет π-π стэкинг-взаимодействия; справа — после удаления трихлорида железа хиноидные структуры полимера превращаются в более упорядоченные ароматические. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

В вакуумную камеру вводили пары мономера (3-гексилтиофена) и окислителя (FeCl3), происходила физическая адсорбция мономеров и окислителей на охлажденной подложке, после чего начиналась полимеризация адсорбированных мономеров и рост цепей политиофена за счет окислительного сочетания мономеров в макромолекулярные ассоциаты. Используя такой подход, исследователям удалось вырастить тонкие пленки поли(3-гексилтиофена) (P3HT) при 45° и 85°C. Необычно, что скорость образования полимера оказалась выше при более низкой температуре, но это объяснимо: определяющим фактором для образования полимера является скорость адсорбции мономеров и окислителя, которая выше при более низкой температуре подложки. Важно и то, что окислители, адсорбированные на подложке, способствовали образованию не только молекулярной структуры полимера, но и надмолекулярной: легирование политиофена трихлоридом железа приводило к стабилизации хиноидных структур, в которых двойная связь углерод-углерод связывает два тиофеновых фрагмента, «фиксируя» параллельную ориентацию этих колец. Наличие в полимере хиноидных структур, подтвержденное с помощью спектроскопии в ультрафиолетовой и видимой области спектра, является важным фактором, способствующим увеличению теплопроводности материала. Хиноидные структуры удлиняют систему сопряжения в полимере, а также обеспечивают параллельную ориентацию полимерных нитей, необходимую для формирования π-π стэкинг-взаимодействий между различными нитями полимера. Метод, предложенный исследователями, позволил получить пленки политиофена с высокой степенью упорядоченности как на молекулярном, так и на надмолекулярном уровне. Поэтому теплоперенос в них изотропен.

Теплопроводность полученного политиофена исследовали следующим образом. Полимерную пленку наносили на алюминиевую фольгу, которую потом нагревали и измеряли скорость изменения температуры поверхности полимера. У пленки, выращенной при 45°C, максимальный коэффициент теплопроводности равен 2,2 В/(К×м). У пленки, выращенной при 85°C, максимальная теплопроводность, тем не менее, остается на уровне обычных полимеров (около 0,25 В/(К×м)). Исследователи предполагают, что это связано с тем, что при более высокой температуре тепловое движение сегментов полимера затрудняет формирование упорядоченной молекулярной структуры.

Рис. 4. Зависимость теплопроводности пленок политиофена от температуры подложки (алюминиевой фольги). Зеленые точки соответствуют пленке, выращенной при 45°C. Ее максимальная теплопроводность составляет 2,2 В/ (К×м). У пленки, выращенной при 85°C (красные квадраты), теплопроводность на уровне обычных полимеров. Каждое значение получено усреднением двадцати измерений. Рисунок из обсуждаемой статьи в Science Advances

В планах ученых дальнейшее изучение фундаментальных физических процессов, лежащих в основе переноса тепла в полимерных материалах, а также попытки применения метода химического осаждения паров для получения образцов других полимеров с сопряженными кратными связями, способных выступать проводниками тепла. Они надеются, что этот метод получится масштабировать и внедрить в производство.

У каких металлов высокая теплопроводность

Металлы – это вещества, имеющие кристаллическую структуру. При нагревании они способны плавиться, то есть переходить в текучее состояние. Одни из них имеют невысокую температуру плавления: их можно расплавить, поместив в обычную ложку и держа над пламенем свечи. Это свинец и олово. Другие возможно расплавить только в специальных печах. Высокой температурой плавления обладают медь и железо. Для ее понижения в металл вводят добавки. Полученные сплавы (сталь, бронза, чугун, латунь) имеют температуру плавления ниже, чем исходный металл.

От чего же зависит температура плавления металлов? Все они имеют определенные характеристики – теплоемкость и теплопроводность металлов. Теплоемкостью называют способность при нагревании поглощать теплоту. Ее численный показатель – удельная теплоемкость. Под ней подразумевается количество энергии, которое способна поглотить единица массы металла, нагреваемая на 1°С. От этого показателя зависит расход топлива на нагревание металлической заготовки до нужной температуры. Теплоемкость большинства металлов находится в пределах 300-400 Дж/(кг*К), металлических сплавов – 100-2000 Дж/(кг*К).

Теплопроводность металлов – это перенос тепла от более горячих частиц к более холодным по закону Фурье при их макроскопической неподвижности. Она зависит от структуры материала, его химического состава и типа межатомной связи. В металлах передача тепла производится электронами, в других твердых материалах – фононами. Теплопроводность металлов тем выше, чем более совершенную кристаллическую структуру они имеют. Чем больше металл имеет примесей, тем более искажена кристаллическая решетка, и тем ниже теплопроводность. Легирование вносит такие искажения в структуру металлов и понижает теплопроводность относительно основного металла.

У всех металлов хорошая теплопроводность, но у одних выше, чем у других. Пример таких металлов – золото, медь, серебро. Более низкая теплопроводность – у олова, алюминия, железа. Повышенная теплопроводность металлов является достоинством либо недостатком, в зависимости от сферы их использования. Например, она необходима металлической посуде для быстрого нагрева пищи. В то же время применение металлов с высокой теплопроводностью для изготовления ручек посуды затрудняет ее использование – ручки слишком быстро нагреваются, и до них невозможно дотронуться. Поэтому здесь используют теплоизолирующие материалы.

Еще одна характеристика металла, влияющая на его свойства – тепловое расширение. Оно выглядит как увеличение в объеме металла при его нагревании и уменьшение – при охлаждении. Это явление обязательно необходимо учитывать при изготовлении металлических изделий. Так, например, крышки кастрюль делают накладными, у чайников тоже предусмотрен зазор между крышкой и корпусом, чтобы при нагревании крышку не заклинило.

Читайте также:  Дроссельная заслонка – рекомендации по тюнингу Видео TuningKod

Для каждого металла вычислен коэффициент теплового расширения. Его определяют нагреванием на 1°С опытного образца, имеющего длину 1 м. Самый большой коэффициент имеют свинец, цинк, олово. Поменьше он у меди и серебра. Еще ниже – железа и золота.

По химическим свойствам металлы делятся на несколько групп. Существуют активные металлы (например, калий или натрий), способные мгновенно вступать в реакцию с воздухом или водой. Шесть самых активных металлов, составляющий первую группу периодической таблицы, называют щелочными. Они имеют маленькую температуру плавления и так мягки, что могут быть разрезаны ножом. Соединяясь с водой, они образуют щелочные растворы, отсюда и их название.

Вторую группу составляют щелочноземельные металлы – кальций, магний и пр. Они входят в состав многих минералов, более твердые и тугоплавкие. Примерами металлов следующих, третьей и четвертой групп, могут служить свинец и алюминий. Это довольно мягкие металлы и они часто используются в сплавах. Переходные металлы (железо, хром, никель, медь, золото, серебро) менее активны, более ковки и часто применяются в промышленности в виде сплавов.

Положение каждого металла в ряду активности характеризует его способность вступать в реакцию. Чем активнее металл, тем легче он забирает кислород. Их очень трудно выделить из соединений, в то время, как малоактивные виды металлов можно встретить в чистом виде. Самые активные из них – калий и натрий – хранят в керосине, вне его они сразу же окисляются. Из металлов, используемых в промышленности, наименее активным является медь. Из нее делают резервуары и трубы для горячей воды, а также электрические провода.

Теплопроводность металлов в зависимости от температуры

В таблице представлена теплопроводность металлов в зависимости от температуры при отрицательных и положительных температурах (в интервале от -200 до 2400°C).

Таблица теплопроводности металлов содержит значения теплопроводности следующих чистых металлов: алюминий Al, кадмий Cd, натрий Na, серебро Ag, калий K, никель Ni, свинец Pb, кобальт Co, бериллий Be, литий Li, сурьма Sb, висмут Bi, магний Mg, цинк Zn, вольфрам W, олово Sn, уран U, железо Fe, палладий Pd, цирконий Zr, марганец Mn, платина Pt, золото Au, медь Cu, родий Rh, таллий Tl, молибден Mo, тантал Ta, иридий Ir.

Следует отметить, что теплопроводность металлов изменяется в широких пределах и может отличаться в десятки раз в одних и тех же условиях. Например, из приведенных в таблице металлов, наибольшей теплопроводностью обладает такой металл, как серебро Ag — его коэффициент теплопроводности равен 392 Вт/(м·град) при 100°С и это самый теплопроводный металл. Наименьшее значение теплопроводности при этой же температуре соответствует металлу висмут Bi с теплопроводностью всего 7,7 Вт/(м·град).

Теплопроводность большинства металлов при нагревании снижается. Их максимальная теплопроводность достигается при низких отрицательных температурах. Например, при температуре минус 100°С серебро имеет теплопроводность 419,8, а висмут — 11,9 Вт/(м·град).

Примечание: В таблице также даны значения теплопроводности металлов сверх-высокой чистоты (до 99,999%). Значение коэффициента теплопроводности в таблице указано в размерности Вт/(м·град).

  • Теплофизические свойства и температура замерзания водных растворов NaCl и CaCl2
  • Теплофизические свойства, состав и теплопроводность алюминиевых сплавов

Добавить комментарий Отменить ответ

Теплопроводность строительных материалов, их плотность и теплоемкость

Плотность, теплопроводность и удельная теплоемкость строительных и других популярных материалов. Более 400 материалов в таблице!

Плотность воды, теплопроводность и физические свойства H2O

Подробные таблицы значений плотности воды, ее теплопроводности и других теплофизических свойств в зависимости от температуры…

Физические свойства воздуха: плотность, вязкость, удельная теплоемкость

Таблицы физических свойств воздуха: плотность воздуха, его удельная теплоемкость и вязкость в зависимости от температуры…

Теплопроводность стали и чугуна. Теплофизические свойства стали

Теплопроводность стали и чугуна, физические свойства стали в таблицах при различной температуре…

Оргстекло: тепловые и механические характеристики

Рассмотрены тепловые, механические, оптические и электрические характеристики органического стекла…

Физические свойства технической соли

Насыпная плотность, удельная теплоемкость, коэффициент теплопроводности и другие физические свойства технической соли…

Характеристики теплоизоляционных плит Изорок (Isoroc)

Плотность, коэффициент теплопроводности и другие важнейшие характеристики теплоизоляционных плит Изорок различных модификаций…

Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах

Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок при температурах от 0 до 1350°С…

Удельная теплоемкость воды H2O

Приведены таблицы значений удельной теплоемкости воды H2O и водяного пара в зависимости от температуры и…

Теплофизические свойства, состав и теплопроводность алюминиевых сплавов

Теплофизические свойства алюминиевых сплавов АМц, АМг, Д16, АК и др. В таблице представлены состав и…

Теплопроводность, теплоемкость и плотность олова Sn

Теплопроводность, теплоемкость и плотность олова зависят от температуры и структуры этого металла. При атмосферном давлении…

Удельное электрическое сопротивление стали при различных температурах

Представлены таблицы значений удельного электрического сопротивления сталей различных типов и марок при температурах от 0 до 1350°С…

Характеристики масла АМГ-10: плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность

Характеристики масла АМГ-10 при температуре от 20 до 100°С: плотность, вязкость, теплоемкость, теплопроводность. Указаны также температуры кипения и замерзания…

Таблицы удельной теплоемкости веществ (газов, жидкостей и др.)

Представлены таблицы удельной теплоемкости веществ: газов, металлов, жидкостей, строительных и теплоизоляционных материалов, а также пищевых…

Плотность молока, его удельная теплоемкость и другие физические свойства

Плотность молока в зависимости от температуры Плотность цельного молока не зависит от месяца дойки коров…

Свойства меди: плотность, теплоемкость, теплопроводность

Свойства меди Cu: теплопроводность и плотность меди В таблице представлены теплофизические свойства меди в зависимости…

Свойства карбида кремния SiC

Теплофизические свойства спеченного мелкозернистого карбида кремния В таблице даны теплофизические свойства спеченного порошка карбида кремния…

Металлы обладают большим количеством характеристик, которые определяют их эксплуатационные качества и возможность применения при изготовлении определенных изделий. Важной характеристикой всех материалов можно назвать теплопроводность. Этот показатель определяет способность материального тела к переносу тепловой энергии. Таблица теплопроводности металлов встречается в различных справочниках, может зависеть от различных их особенностей. Примером можно назвать то, что механизм переноса тепловой энергии во многом зависит от агрегатного состояния вещества.

От чего зависит показатель теплопроводности

Рассматривая теплопроводность металлов и сплавов (таблица создана не только для металлов, но и других материалов), следует учитывать, что наиболее важным показателем является коэффициент теплопроводности. Он зависит от нижеприведенных моментов:

  1. Типа материала и его химического состава. Теплопроводность железа будет существенно отличаться от соответствующего показателя алюминия, что связано с особенностями кристаллической решетки материалов и их другими свойствами.
  2. Коэффициент может изменяться при нагреве или охлаждения металла. При этом изменения могут быть существенными, так как у каждого материала есть своя точка плавления, когда молекулы начинают перестраиваться.

В таблицах для некоторых металлов и сплавов коэффициент теплопроводности указывается уже в жидкой фазе.

Сегодня на практике практически не проводят измерение рассматриваемого показателя. Это связано с тем, что коэффициент теплопроводности при несущественном изменении химического состава остается практически неизменным. Табличные данные применяются при проектировании и выполнении других расчетов.

Понятие коэффициента теплопроводности

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

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

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

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

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

Когда учитывается

При рассмотрении различных свойств материалов часто уделяется внимание и теплопроводности. Этот показатель важен в нижеприведенных случаях:

Читайте также:  Slave режим сигнализации Pandora что это, какие модели поддерживают

  1. Когда нужно отвести тепло от объекта. Тепловая энергия может возникать из-за трения. При этом нагрев становится причиной изменения основных свойств металлов и сплавов: прочности и твердости поверхности. Примером назовем конструкцию двигателя внутреннего сгорания. В процессе хода поршня в блоке цилиндров происходит нагрев основных элементов конструкции. Из-за слишком высокого нагрева даже металлы, устойчивые к воздействию высокой температуры, начинают терять прочность и становятся более пластичными. В результате происходит изменение геометрических размеров важных элементов конструкции, и она выходит из строя. Учитывается теплопроводность и при создании режущего инструмента, обшивки самолетов или высокоскоростных поездов.
  2. Когда нужно передать тепловую энергию. Центральная система отопления основана на нагреве рабочей среды, которая после подводится к потребителю и происходит передача энергии окружающей среде. Для того чтобы повысить эффективность создаваемой системы трубы, и отопительные радиаторы изготавливаются из металлов, которые способны быстро передавать тепло.
  3. Когда нужно изолировать поверхность. Встречается ситуация, когда нужно снизить вероятность нагрева поверхности. Для этого применяются специальные материалы, которые обладают высокими изоляционными качествами. Некоторые металлы и сплавы также обладают отражающими свойствами и не нагреваются, а также не передают тепло. Примером назовем фольгу, которая часто применяется в качестве отражающего экрана. Она также изготавливается из тонкого слоя металла, обладающего низким коэффициентом проводимости.

В заключение отметим, что до развития молекулярно-кинетической теории было принято считать передачу тепловой энергии признаком перетекания гипотетического теплорода. Появление современного оборудования позволило изучить строение материалов и изучить поведение частиц при воздействии высокой температуры. Передача энергии происходит за счет быстрого движения молекул, которые начинают сталкиваться, и приводит в движение другие молекулы, находящиеся в спокойном состоянии.

Самый теплопроводный материал

со складов в г.&nbspСалехард и г.&nbspЛабытнанги

CХД (34922) 65157, 43593

ЛБТ +7(902)8165594

  • Главная
  • Как выбрать
  • Как сделать
  • Контакты

Как выбрать теплоизоляцию?

Тепло-изоляция. Оградить и сохранить тепло Вашего дома, изолировать его от полярной стужи – работа у теплоизоляции очень ответственная! В серии статей про выбор теплоизоляции, ее монтаж и работу в конструкции, мы поможем Вам сэкономить трижды:

  • при покупке,
  • на затратах на отопление,
  • на отсутствии необходимости переделок.

Чтобы оперативно получать уведомления о публикации информации, подпишитесь на нашу группу ВК https://vk.com/stroymag89

  1. Теплопроводность
  2. Плотность теплоизоляции. Мифы и практика.
  3. Физические свойства теплоизоляции, сжимаемость, прочность на отрыв – где это нужно, а где бесполезно
  4. Паропроницаемость теплоизоляции.
  1. Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности – самая главная характеристика теплоизоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности обозначается буквой λ (лямбда). Казалось бы, чего проще – бери «лямбду», сравнивай и решай, что теплее. Тем более что благодаря маркетологам (ох уж эти маркетологи!) многие производители одно время включали значение лямбды в название продукции. Например «Маты КНАУФ Инсулейшн TR 037» — вроде указан коэффициент теплопроводности 0.037 Вт/м*С° ?

Но на практике для характеристики теплоизоляции определяются несколько коэффициентов теплопроводности, соответствующих разным условиям. Например: λ10, λ25, λА, λБ – означают теплопроводность для разных условий влажности. Из этого перечня лямбда с индексом 10 (ее еще называют «сухая») будет обладать наименьшим значением. Ее обычно и закрепляют в названии продукции.

В названии теплоизоляции существуют различные «моды». Например, лет 10 назад в название теплоизоляции включали цифры, означающие плотность. Например, ППЖ-200, Маты УРСА М-11, ПСБС-25. Про особенности суждений о свойствах теплоизоляции по ее плотности у нас есть отдельная статья.
Затем пошла «мода» на включение в название теплоизоляционных материалов значения лямбды «ИЗОВЕР КТ-40», УРСА Терра 34»
Сейчас — «мода» на названия по сфере применения. Причем один вид продукции, сошедшей с конвейера, может попасть в разные упаковки – одна подчеркнет его шумоизолирующие свойства, другая — что его можно применить в каркасную стену, а третья — в мансарду. Хотя по факту это — один и тот же материал.

Но в реальных теплотехнических расчетах для зданий в ЯНАО, как и во многих других регионах нашей страны, используется коэффициент λБ. А он будет существенно ниже – например, для указанных матов «КНАУФ Инсулейшн TR 037» λБ равен 0,042 Вт/м*С° – отличается от «сухой» лямбды на 13%!

Отличие сухой лябмды от реальной будет тем больше, чем больше материал адсорбирует влаги из воздуха. Меньше всего адсорбируют влагу «закрытопористые» материалы – например, экструдированный пенополистирол, либо с обработкой гидрофобными материалами (например, KNAUF пишет Aquastatic, URSA – индекс Г – гидрофобизатор)

Сравним два родственных материала: Обычный белый «пенопласт» пенополистирольные блоки ПСБС и экструдированный пенополистирол (выпускается под марками URSA XPS, Пеноплекс и др.).
Разница между сухой лямбдой (0,036-0,041 Вт/м*С° — для разной плотности) и λБ (0,044-0,050 Вт/м*С°) у обычного пенопласта составляет 18%.
А у экструдии – 0,031 и 0,033 – всего 6%.
Исходное сырье одно. Но экструдия — «закрытопористый» материал и плохо пропускает пары воды. А ПСБС воду «любит», и гидрофобной обработки у него нет. Поэтому и такая разница.

Всегда ищите лямбду Б — λБ! Она указана у всех производителей, но не всегда на виду.

Приводим коэффициент λБ а популярные в Салехарде материалы.

материал

2. Как рассчитать нужную толщину теплоизоляции!

Зная «правильную лямбду» — λБ, вы сможете самостоятельно рассчитать нужную толщину теплоизоляции. Есть очень важная величина – «Сопротивление теплопередаче R» ограждающей конструкции (стены, перекрытий).

R=δ/ λБ, где δ– толщина материала, в метрах;

Зачем она нужна? Чтобы рассчитать нужную толщину утепления.

δ = R * λБ, где δ– толщина материала, в метрах;

Требуемое сопротивление теплопередаче определено для каждого региона. Для Салехарда они следующие:

Ограждающая конструкция Требуемое сопротивление теплопередаче Rreq, м2°С/Вт
Стены 4,61
Покрытия и перекрытия над проездами 6,03
Перекрытия чердачные, над неотапливаемыми подпольями и подвалами 6,78

Упрощенный расчет не сложен:

Например, стены сложены из газобетона толщиной 30 см. Какая толщина теплоизоляции Роквул Венти Баттс Оптима нужна для утепления стены?

  1. Расчет сопротивления теплопередаче стены из газобетона:

Толщина 0,3м, коэффициент теплопроводности λБ 0,26

R (газобетон)=0,3 /0,26 = 1,154 м2°С/Вт

  1. Расчет толщиныслоя теплоизоляции для достижения необходимого сопротивления теплопередаче

коэффициент теплопроводности минплиты Роквул Венти Баттс Оптима λБ =0,038 Вт/м*С°

Требумое сопротивление для стены = 4,61

Требуется добавить за счет теплоизоляции сопротивление (4,61-1,154)= 3,456

Толщина теплоизоляции δ = 3,456*0,038 = 0,13м = 130мм.

С учетом того, что теплоизоляцию толщиной 130 мм надо производить под заказ, и с учётом наших упрощений в расчете, примем нужную толщину 150мм.

Для слоя теплоизоляции добавили бы теплопотери через дюбели для крепления минплиты и через металлические кронштейны для сайдинга.

Т.е. стену из газобетона толщиной 30 см, нужно утеплить 150мм теплоизоляции типа Венти Баттс Оптима.

Мы подскажем вам способ сделать это дешевле. Надо на фасаде первый слой толщиной 100мм сделать из минплиты URSA П-30 (λБ =0,039), а второй слой — из минплиты толщиной 50мм Венти Баттс Оптима. Такой вариант будет на 35% дешевле. А тепло будет держать так же.

Что будет если утеплить минплитой толщиной 100мм? Тогда для достижения комфортной температуры вам нужно будет потратить больше энергии, реже сможете проветривать помещения.

Еще несколько расчетов:

R (брус «капиталка»)=0,15 /0,18 = 0,83 м2°С/Вт – всего 18% от требуемого сопротивления для стены 4.61.

Сопротивление теплопередаче СИП-панели 200мм с пенопластом:

R (СИП панель)=0,2 /0,047 = 4,255 м2°С/Вт – 92% от требуемого сопротивления.

Необходимое R = 6.78 м2°С/Вт

маты УРСА GEO М-11: 6.78*0.046=0.312 м нужен слой толщиной минимум 350мм

Подписывайтесь на нашу группу VK/stroymag89, чтобы не пропустить интересную информацию.

Ссылка на основную публикацию
Тюнинг Ока своими руками салона, фар, двигателя
Тюнинг ОКИ своими руками (видео) - Самостоятельный ремонт авто - СТО АВТО ВАЗ 1111, больше известный как Ока, благодаря компактным...
Тюменский лось» или «Тюменский медведь» Обзоры аккумуляторов на сайте интернет-магазина ЭнергоМет
Тюменские аккумуляторы - продукция компании; АЛЬКОР Каждый автолюбитель знает, что без аккумулятора его автомобиль не тронется с места. Ведь именно...
Тюнер усилитель эстония 009 — полная и подробная информация
Тюнер усилитель эстония 009 - полная и подробная информация Статьи, Схемы, Справочники Большинство аудиолюбителей достаточно категорично и не готово к...
Тюнинг ОКИ своими руками (видео) — Самостоятельный ремонт авто — СТО АВТО
Сухая вода Рязанские ведомости Как отразится экстремально низкое половодье на состоянии больших и малых рек? Есть очередной природный рекорд! К...
Adblock detector