Сп 41-103-2000 проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов

Калькулятор расчёта толщины стены по теплопроводности

На практике подобные данные применяют часто и не только профессиональными проектировщиками. Нет ни одного закона, запрещающего самостоятельно создавать проект своего будущего дома. Главное, чтобы тот соответствовал всем нормативам и СНиПам. Чтобы рассчитать теплопроводность стены, можно воспользоваться специальным калькулятором. Подобное «чудо прогресса» можно как установить к себе на компьютер в качестве приложения, так и воспользоваться услугой онлайн.

Окно расчёта калькулятора

В нём нет премудростей. Просто выбираешь необходимые данные и получаешь готовый результат.

Расчёт толщины стен с использованием глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе

Существуют и более сложные калькуляторы расчёта, где учитываются все слои стен, пример подобного расчётного «механизма» показан на фото ниже.

Расчёт проводимости тепла всех прослоек стен

Конечно, теплоэффективность будущего здания – это вопрос, требующий пристального внимания. Ведь от него зависит, насколько тепло будет в доме и насколько экономно будет его отапливать. Для каждого климатического региона существуют свои нормы коэффициентов теплопроводности ограждающих конструкций. Можно рассчитать самостоятельно теплоэффективность, но если возникают проблемы, лучше обратиться за помощью к специалистам.

Предыдущая Строительные материалыИз чего делают цемент: от теории к практике
Следующая Строительные материалыКрепкий пол в каждый дом: ламинат или линолеум — что лучше

Как рассчитать толщину стен

Для того чтобы зимой в доме было тепло, а летом прохладно, необходимо чтобы ограждающие конструкции (стены, пол, потолок/кровля) должны иметь определенное тепловое сопротивление. Для каждого региона эта величина своя. Зависит она от средних температур и влажности в конкретной области.

Термическое сопротивление ограждающихконструкций для регионов России

Для того чтобы счета за отопление не были слишком большими, подбирать строительные материалы и их толщину надо так, чтобы их суммарное тепловое сопротивление было не меньше указанного в таблице.

Расчет толщины стены, толщины утеплителя, отделочных слоев

Для современного строительства характерна ситуация, когда стена имеет несколько слоев. Кроме несущей конструкции есть утепление, отделочные материалы. Каждый из слоев имеет свою толщину. Как определить толщину утеплителя? Расчет несложен. Исходят из формулы:

Формула расчета теплового сопротивления

R — термическое сопротивление;

p — толщина слоя в метрах;

k — коэффициент теплопроводности.

Предварительно надо определиться с материалами, которые вы будете использовать при строительстве. Причем, надо знать точно, какого вида будет материал стен, утепление, отделка и т.д. Ведь каждый из них вносит свою лепту в теплоизоляцию, и теплопроводность строительных материалов учитывается в расчете.

Сначала считается термическое сопротивление конструкционного материала (из которого будет строится стена, перекрытие и т.д.), затем «по остаточному» принципу подбирается толщина выбранного утеплителя. Можно еще принять в расчет теплоизоляционных характеристики отделочных материалов, но обычно они идут «плюсом» к основным. Так закладывается определенный запас «на всякий случай». Этот запас позволяет экономить на отоплении, что впоследствии положительно сказывается на бюджете.

Пример расчета толщины утеплителя

Разберем на примере. Собираемся строить стену из кирпича — в полтора кирпича, утеплять будем минеральной ватой. По таблице тепловое сопротивление стен для региона должно быть не меньше 3,5. Расчет для этой ситуации приведен ниже.

1. Для начала просчитаем тепловое сопротивление стены из кирпича. Полтора кирпича это 38 см или 0,38 метра, коэффициент теплопроводности кладки из кирпича 0,56. Считаем по приведенной выше формуле: 0,38/0,56 = 0,68. Такое тепловое сопротивление имеет стена в 1,5  кирпича.

2. Эту величину отнимаем от общего теплового сопротивления для региона: 3,5-0,68 = 2,82. Эту величину необходимо «добрать» теплоизоляцией и отделочными материалами.

3. Считаем толщину минеральной ваты. Ее коэффициент теплопроводности 0,045. Толщина слоя будет: 2,82*0,045 = 0,1269 м или 12,7 см. То есть, чтобы обеспечить требуемый уровень утепления, толщина слоя минеральной ваты должна быть не меньше 13 см.

Если бюджет ограничен, минеральной ваты можно взять 10 см, а недостающее покроется отделочными материалами. Они ведь будут изнутри и снаружи. Но, если хотите, чтобы счета за отопление были минимальными, лучше отделку пускать «плюсом» к расчетной величине. Это ваш запас на время самых низких температур, так как нормы теплового сопротивления для ограждающих конструкций считаются по средней температуре за несколько лет, а зимы бывают аномально холодными

Потому теплопроводность строительных материалов, используемых для отделки просто не принимают во внимание

Теплые конструкции

Для увеличения теплового термического сопротивления следует использовать современные материалы, в которых показатели проводимости тепла максимально низкие. Количество таких материалов сейчас увеличивается. Популярными стали:

1. Деревянные конструкции. Считаются экологически чистым материалом, потому многие предпочитают вести строительство, используя именно этот компонент. Использоваться может любой вид окультуренной древесины: сруб, бревно, брус. Чаще применяют сосну, ель или кедр, показатели проводимости которых по сравнению с другими материалами достаточно низкие. Необходимо произвести защиту от атмосферных воздействий, вредителей. Материал покрывается дополнительным слоем, защищающим от негативных факторов.
2. Керамические блоки.

Пример защиты от внешнего воздуха

1. Сэндвич-панели. В последнее время этот материал становится все более популярным. Основные преимущества: дешевизна, высокие показатели сопротивляемости холоду. В материале имеется множество воздушных ячеек, иногда делают «пенную» структуру. Например, некоторые типы панелей имеют вертикальные воздушные каналы, которые неплохо защищают от холода. Другие компоненты делаются пористыми, чтобы большое количество заключенного воздуха помогло справиться с поступающим холодом.
2. Керамзитобетонные материалы. Их использование также позволит надежно защитить жилище от холода.
3. Пеноблоки. Конструкция делается пористой, но достигается это не простым вклиниванием воздушных прослоек, а путем произведения химической реакции. Иногда в цемент добавляется пористый материал, который поверху покрывается застывшим раствором.

Теплопроводность.

Так что же такое теплопроводность? С точки зрения физики теплопроводность – это молекулярный перенос теплоты между непосредственно соприкасающимися телами или частицами одного тела с различной температурой, при котором происходит обмен энергией движения структурных частиц (молекул, атомов, свободных электронов).

Можно сказать проще, теплопроводность – это  способность материала проводить тепло. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Передача тепла происходит за счет передачи энергии при столкновении молекул вещества. Происходит это до тех пор, пока температура внутри тела не станет одинаковой. Такой процесс может происходить в твердых, жидких и газообразных веществах.

На практике, например в строительстве при теплоизоляции зданий, рассматривается другой аспект теплопроводности, связанный с передачей тепловой энергии. В качестве примера возьмем «абстрактный дом». В «абстрактном доме» стоит нагреватель, который поддерживает внутри дома постоянную температуру, скажем, 25 °С. На улице температура тоже постоянная, например, 0 °С. Вполне понятно, что если выключить обогреватель, то через некоторое время в доме тоже будет 0 °С. Все тепло (тепловая энергия) через стены уйдет на улицу.

Чтобы поддерживать температуру в доме 25 °С, нагреватель должен  постоянно работать. Нагреватель постоянно создает тепло, которое постоянно уходит через стены на улицу.

Термическое сопротивление

Любая стена, дверь, окно служит для ограждения от внешних природных воздействий. Они способны в разной степени защитить жилище от холодов, так как коэффициент проводимости у них отличается. Для каждого ограждения коэффициент рассчитываться должен по-разному. Точно так же ведется расчет для внутренних перегородок, стен, дверей, неотапливаемых частей дома.

Если в здании имеются части, которые не протапливаются, необходимо утеплять стены между ними и другими помещениями так же качественно, как и внешние. Воздух – плохой переносчик тепла, потому что там частицы находятся на значительном отдалении друг от друга. Выходит, что если изолировать некоторые воздушные массы герметично, получится неплохая изоляция от холода. Для уточнения данных производится расчет приведенного сопротивления. Данные показывают, насколько хорошо утеплено жилище, нет ли необходимости в дополнительном утеплении.
Современные материалы

В старых домах делали всегда по две рамы, чтобы между ними находилось некоторое количество воздушных масс. Теперь по такому же принципу делаются стеклопакеты, но воздух между стеклами откачивается полностью, чтобы частиц, проводящих тепло, вообще не было. Термическое сопротивление в них значительно превышает показатели старых окон. Входные двери делаются по такому же принципу. Стараются сделать небольшой коридор, предбанник, который сохранит тепло в доме.

Если в жилище установить дополнительные резиновые уплотнители в несколько слоев, это позволит повысить теплоизоляционные свойства. Современные входные двери создаются многослойными, там помещается несколько разных слоев утеплительного материала. Конструкция становится практически герметичной, дополнительное утепление часто не требуется. Сопротивление теплопередаче стен обычно не такое хорошее, потому используются дополнительные материалы для утепления.

Строительные блоки

Высокое сопротивление теплопередаче всех строительных блоков достигается за счет наличия в их структуре воздушных камер или вспененной структуры. Так, например, некоторые керамические и другие виды блоков имеют специальные отверстия, которые при кладке стены идут параллельно ей. Таким образом, создаются закрытые камеры с воздухом, что является довольно эффективной мерой препятствия теплопередачи.

В других строительных блоках высокое сопротивление теплопередачи заключается в пористой структуре. Это может достигаться различными методами. В пенобетонных газобетонных блоках пористая структура образуется благодаря химической реакции. Другой способ – это добавление в цементную смесь пористого материала. Он применяется при изготовлении полистиролбетонных и керамзитобетонных блоков.

Показатели теплопроводности

Любой элемент в природе имеет различную степень проводимости. Тепло проходит сквозь него в зависимости от скорости движения частиц, которые способны передать температурные колебания. Чем частицы ближе находятся одна к другой, тем теплообмен будет проходить быстрее. Получается, что чем более плотный материал, тем быстрее он будет нагреваться или остывать. Плотность является основным фактором теплопередачи, показывая ее интенсивность.
Таблица с данными для камня

Выражается данный показатель коэффициентом теплопроводности. Обозначение буквенное производится символом «λ». Единица измерения Вт/(м*Со). Чем больше численные данные этого коэффициента, тем лучше материал проводит тепло. Существует величина, обратная проводимости тепла, которая называется тепловое термическое сопротивление. Единица измерения: м2*Со/Вт. Буквенное обозначение «R».

Данные по регионам

Нормируемое сопротивление можно посмотреть в справочниках

Важно придерживаться норм, чтобы не пришлось дополнительно утеплять дом, так как холод легко проникает сквозь стены. Правильному теплообмену, такому, какой бы подходил для данного региона, должно предшествовать утепление стен и верное использование материалов

Значения по регионам

Теплотехнический расчет.

Приступаем непосредственно к теплотехническому расчету, а именно — нам необходимо подобрать толщину 2-го слоя (утеплителя) исходя из условий места строительства.
В первую очередь — определяем норму тепловой защиты из условий соблюдения санитарных норм.
Согласно формулы 3 из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» рассчитывается нормативное (или другими словами максимально допустимое) сопротивление теплопередачи, формула выгладит так:

где:
n = 1 — коэффициент, принятый по таблице 6, из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» для наружной стены (впрочем, в последнем актуализированном СП данный коэффициент упразднили!);

tint = 20°С — оптимальная температура в помещении, из исходных данных;

text = -30°С — температура наиболее холодной пятидневки, значение из исходных данных;

Δtn = 4°С — данный показатель принимается по таблице 5, из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» он нормирует температурный перепад между температурой воздуха внутри помещения и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (стены);

αint = 8,7 Вт/(м2×°С) — коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, принимается по таблице 7 из СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» для наружных стен.

Выполняем расчет:

получили сопротивление теплопередачи из санитарных норм Rreq = 1.437 м2*℃/Вт;

Во вторую очередь, определяем сопротивление теплопередачи из условий энергосбережения.

Определяем градусо-сутки отопительного периода, для этого воспользуемся формулой, согласно пункта 5.3 в СНиП 23-02-2003″Тепловая защита зданий»:

Dd = (tint — tht)zht = (20 + 4,0)*214 = 5136°С×сут

Примечание: градусо-сутки ещё имеют сокращенное обозначение — ГСОП.

Далее, согласно СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» в зависимости от градусо-суток района строительства, рассчитываем нормативное значение приведенного сопротивления теплопередаче по формуле:

Rreq= a*Dd + b = 0,00035 × 5136 + 1,4 = 3,1976м2×°С/Вт,

где: Dd — градусо-сутки отопительного периода в г. Муром,

a и b — коэффициенты, принимаемые по таблице 4, столбец 3, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» для стен жилого здания.
таким образом, мы получили второе значение сопротивления теплопередачи исходя из энергоэффективности Rreq = 3,198 м2*℃/Вт;

Для дальнейшего расчета стены, мы принимаем наибольшее значение из двух рассчитанных нами показателей Rreq (1,437 и 3,198), и обозначим его как Rтреб = 3,198 м2*℃/Вт;

Определение толщины утеплителя

Для каждого слоя нашей многослойной стены необходимо рассчитать термическое сопротивление по формуле:

где:
δi- толщина слоя, мм;
λi — расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя Вт/(м × °С).

Рассчитываем термическое сопротивление для каждого слоя
1 слой (газобетонные блоки): R1 = 0,4/0,29 = 0,116 м2×°С/Вт.
3 слой (облицовочный силикатный кирпич): R3 = 0,12/0,87 = 0,104 м2×°С/Вт.
4 слой (штукатурка): R4 = 0,02/0,87 = 0,023 м2×°С/Вт.

Определение минимально допустимого (требуемого) термического сопротивления теплоизоляционного материала:

где:

Rint = 1/αint = 1/8,7 — сопротивление теплообмену на внутренней поверхности;

Rext = 1/αext = 1/23 — сопротивление теплообмену на наружной поверхности,

αext принимается по таблице 14 для наружных стен;

ΣRi = 0,116 + 0,104 + 0,023 — сумма термических сопротивлений всех слоев стены без слоя утеплителя, определенных с учетом коэффициентов теплопроводности материалов, принятых по графе А или Б (столбцы 8 и 9 таблицы Д1 СП 23-101-2004) в соответствии с влажностными условиями эксплуатации стены, м2·°С/Вт

Толщина утеплителя равна:

где: λут — коэффициент теплопроводности материала утеплителя, Вт/(м·°С).

Определение термического сопротивления стены из условия, что общая толщина утеплителя будет 250 мм:

где: ΣRт,i — сумма термических сопротивлений всех слоев ограждения, в том числе и слоя утеплителя, принятой конструктивной толщины, м2·°С/Вт.

Из полученного результата можно сделать вывод, что

R0 = 3,343м2×°С/Вт > Rтр0 = 3,198м2×°С/Вт → следовательно, толщина утеплителя подобрана правильно.

Вот мы и выполнили теплотехнический расчет стены и нам известны толщины всех слоёв, входящих в её состав. Для того, чтобы долго не разбираться с нормативной документацией и самому считать на калькуляторе все эти сложные формулы, можно воспользоваться калькулятором «Теплотехнический расчет стены», где Вам достаточно просто выбрать исходные данные, а сам расчет произведется автоматически.

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал	Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты	0,470
Алюминий	230,0
Асбест (шифер)	0,350
Асбест волокнистый	0,150
Асбестоцемент	1,760
Асбоцементные плиты	0,350
Асфальт	0,720
Асфальт в полах	0,800
Бакелит	0,230
Бетон на каменном щебне	1,300
Бетон на песке	0,700
Бетон пористый	1,400
Бетон сплошной	1,750
Бетон термоизоляционный	0,180
Битум	0,470
Бумага	0,140
Вата минеральная легкая	0,045
Вата минеральная тяжелая	0,055
Вата хлопковая	0,055
Вермикулитовые листы	0,100
Войлок шерстяной	0,045
Гипс строительный	0,350
Глинозем	2,330
Гравий (наполнитель)	0,930
Гранит, базальт	3,500
Грунт 10% воды	1,750
Грунт 20% воды	2,100
Грунт песчаный	1,160
Грунт сухой	0,400
Грунт утрамбованный	1,050
Гудрон	0,300
Древесина — доски	0,150
Древесина — фанера	0,150
Древесина твердых пород	0,200
Древесно-стружечная плита ДСП	0,200
Дюралюминий	160,0
Железобетон	1,700
Зола древесная	0,150
Известняк	1,700
Известь-песок раствор	0,870
Ипорка (вспененная смола)	0,038
Камень	1,400
Картон строительный многослойный	0,130
Каучук вспененный	0,030
Каучук натуральный	0,042
Каучук фторированный	0,055
Керамзитобетон	0,200
Кирпич кремнеземный	0,150
Кирпич пустотелый	0,440
Кирпич силикатный	0,810
Кирпич сплошной	0,670
Кирпич шлаковый	0,580
Кремнезистые плиты	0,070
Латунь	110,0
Лед 0°С	2,210
Лед -20°С	2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)	0,150
Медь	380,0
Мипора	0,085
Опилки — засыпка	0,095
Опилки древесные сухие	0,065
ПВХ	0,190
Пенобетон	0,300
Пенопласт ПС-1	0,037
Пенопласт ПС-4	0,040
Пенопласт ПХВ-1	0,050
Пенопласт резопен ФРП	0,045
Пенополистирол ПС-Б	0,040
Пенополистирол ПС-БС	0,040
Пенополиуретановые листы	0,035
Пенополиуретановые панели	0,025
Пеностекло легкое	0,060
Пеностекло тяжелое	0,080
Пергамин	0,170
Перлит	0,050
Перлито-цементные плиты	0,080
Песок 0% влажности	0,330
Песок 10% влажности	0,970
Песок 20% влажности	1,330
Песчаник обожженный	1,500
Плитка облицовочная	1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	0,036
Полистирол	0,082
Поролон	0,040
Портландцемент раствор	0,470
Пробковая плита	0,043
Пробковые листы легкие	0,035
Пробковые листы тяжелые	0,050
Резина	0,150
Рубероид	0,170
Сланец	2,100
Снег	1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности)	0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)	0,230
Сталь	52,0
Стекло	1,150
Стекловата	0,050
Стекловолокно	0,036
Стеклотекстолит	0,300
Стружки — набивка	0,120
Тефлон	0,250
Толь бумажный	0,230
Цементные плиты	1,920
Цемент-песок раствор	1,200
Чугун	56,0
Шлак гранулированный	0,150
Шлак котельный	0,290
Шлакобетон	0,600
Штукатурка сухая	0,210
Штукатурка цементная	0,900
Эбонит	0,160

Нюансы применения утеплителей

Если сопротивление теплопередачи стены недостаточно для данного региона, то в качестве дополнительной меры могут применяться утеплители. Утепление стен, как правило, производится снаружи, но при необходимости может применяться и по внутренней части несущих стен.

На сегодняшний день существует множество различных утеплителей, среди которых наибольшей популярностью пользуются:

• Минеральная вата.
• Пенополиуретан.
• Пенополистирол.
• Экструдированный пенополистирол.
• Пеностекло и др.

Все они имеют очень низкий коэффициент теплопроводности, поэтому для утепления большинства стен толщины в 5-10 мм, как правило, достаточно. Но при этом следует учесть такой фактор, как паропроницаемость утеплителя и материала стен. По правилам, этот показатель должен возрастать наружу. Поэтому утепление стен из газобетона или пенобетона возможно только с помощью минеральной ваты. Остальные утеплители могут применяться для таких стен, если делается специальный вентиляционный зазор между стеной и утеплителем.

Тепловое сопротивление конструкций

Все внешние стены, двери, окна, крыша являются ограждающей конструкцией. И так как они защищают дом от холода по-разному (имеют различный коэффициент теплопроводности), то для них индивидуально рассчитывается сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. К таким конструкциям можно отнести и внутренние стены, перегородки и перекрытия, если в помещениях имеется разность температур. Здесь имеются в виду помещения, в которых разность температур значительная. К ним можно отнести следующие неотапливаемые части дома:

• Гараж (если он непосредственно примыкает к дому).
• Прихожая.
• Веранда.
• Кладовая.
• Чердак.
• Подвал.

В случае если эти помещения не отапливаются, то стену между ними и жилыми помещениями необходимо также утеплять, как и наружные стены.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше  (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Наименование материала	Коэффициент теплопроводности Вт/(м·°C)
	В сухом состоянии	При нормальной влажности	При повышенной влажности
Войлок шерстяной	0,036-0,041	0,038-0,044	0,044-0,050
Каменная минеральная вата 25-50 кг/м3	0,036	0,042	0,,045
Каменная минеральная вата 40-60 кг/м3	0,035	0,041	0,044
Каменная минеральная вата 80-125 кг/м3	0,036	0,042	0,045
Каменная минеральная вата 140-175 кг/м3	0,037	0,043	0,0456
Каменная минеральная вата 180 кг/м3	0,038	0,045	0,048
Стекловата 15 кг/м3	0,046	0,049	0,055
Стекловата 17 кг/м3	0,044	0,047	0,053
Стекловата 20 кг/м3	0,04	0,043	0,048
Стекловата 30 кг/м3	0,04	0,042	0,046
Стекловата 35 кг/м3	0,039	0,041	0,046
Стекловата 45 кг/м3	0,039	0,041	0,045
Стекловата 60 кг/м3	0,038	0,040	0,045
Стекловата 75 кг/м3	0,04	0,042	0,047
Стекловата 85 кг/м3	0,044	0,046	0,050
Пенополистирол (пенопласт, ППС)	0,036-0,041	0,038-0,044	0,044-0,050
Экструдированный пенополистирол (ЭППС, XPS)	0,029	0,030	0,031
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 600 кг/м3	0,14	0,22	0,26
Пенобетон, газобетон на цементном растворе, 400 кг/м3	0,11	0,14	0,15
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 600 кг/м3	0,15	0,28	0,34
Пенобетон, газобетон на известковом растворе, 400 кг/м3	0,13	0,22	0,28
Пеностекло, крошка, 100 – 150 кг/м3	0,043-0,06
Пеностекло, крошка, 151 – 200 кг/м3	0,06-0,063
Пеностекло, крошка, 201 – 250 кг/м3	0,066-0,073
Пеностекло, крошка, 251 – 400 кг/м3	0,085-0,1
Пеноблок 100 – 120 кг/м3	0,043-0,045
Пеноблок 121- 170 кг/м3	0,05-0,062
Пеноблок 171 – 220 кг/м3	0,057-0,063
Пеноблок 221 – 270 кг/м3	0,073
Эковата	0,037-0,042
Пенополиуретан (ППУ) 40 кг/м3	0,029	0,031	0,05
Пенополиуретан (ППУ) 60 кг/м3	0,035	0,036	0,041
Пенополиуретан (ППУ) 80 кг/м3	0,041	0,042	0,04
Пенополиэтилен сшитый	0,031-0,038
Вакуум
Воздух +27°C. 1 атм	0,026
Ксенон	0,0057
Аргон	0,0177
Аэрогель (Aspen aerogels)	0,014-0,021
Шлаковата	0,05
Вермикулит	0,064-0,074
Вспененный каучук	0,033
Пробка листы 220 кг/м3	0,035
Пробка листы 260 кг/м3	0,05
Базальтовые маты, холсты	0,03-0,04
Пакля	0,05
Перлит, 200 кг/м3	0,05
Перлит вспученный, 100 кг/м3	0,06
Плиты льняные изоляционные, 250 кг/м3	0,054
Полистиролбетон, 150-500 кг/м3	0,052-0,145
Пробка гранулированная, 45 кг/м3	0,038
Пробка минеральная на битумной основе, 270-350 кг/м3	0,076-0,096
Пробковое покрытие для пола, 540 кг/м3	0,078
Пробка техническая, 50 кг/м3	0,037

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей

Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала

1.2.1. Расчет кипятильника Задание

Рассчитать
кипятильник для образования паров
уксусной кислоты. Расход кислоты
составляет 2,5 кг/с. Давление атмосферное.
Обогрев ведется водяным насыщенным
паром давлением 3,2 атм.

Рассчитываем
количество тепла, необходимое для
процесса кипения уксусной кислоты

Q₂
= G₂∙
r₂,

где
r₂
– удельная теплота парообразования
уксусной кислоты при температуре
кипения; t₂
= 118 C
[3, 541],
Дж/кг; G₂
– расход уксусной кислоты, кг/c.

Q₂
= 2,5 ∙ 400000 = 1∙106 Вт.

По
давлению греющего пара [3, 548]
определяем температуру греющего пара,
t₁
= 135 C.

Средняя
разность температур теплоносителей
равна t
= t₁
– t₂
= 135 – 118 = 17 C.

Определяем
предварительно поверхность кипятильника,
для чего задаемся значением коэффициента
теплопередачи, К = 300 Вт/м2∙К.

F
=
=

=
196 м2.

По поверхности
(приложение Б13) выбираем кипятильник с
длиной трубы Н = 3м.

Коэффициент
теплоотдачи для конденсирующегося
греющего водяного пара находим по
формуле

₁
= 1,21∙ λ₁∙∙q-1/3
,

где
λ₁ –
теплопроводность конденсата, Вт/м∙К
(таблица А22); µ₁
– динамический коэффициент вязкости
конденсата Па∙с (таблица А22); r₁
– удельная теплота конденсации греющего
пара при давлении 3,2 атм, Дж/кг (таблица
А21); q
– удельный тепловой поток, Вт/м2.

₁
= 1,21∙ 0,68∙∙q-1/3= 2,55∙105∙
q-1/3.

Коэффициент
теплоотдачи для кипящей уксусной кислоты
находим по формуле

₂
= b∙,

где b
– коэффициент, определяемый следующим
выражением

b
=
,

где
λ₂
– теплопроводность кипящей уксусной
кислоты, Вт/м2∙К

[3,
561];
ρ₂
– плотность кипящей уксусной кислоты,
кг/м3,
[3, 512];
μ₂
– коэффициент динамической вязкости
кипящей уксусной кислоты, Па∙с [3, 516];
σ₂
– поверхностное натяжение Н/м, ;
ρ_п
– плотность паров уксусной кислоты,
рассчитывается по формуле

ρ_п
= ρ∙=∙,

где М – мольная
масса уксусной кислоты, кг/кмоль.

ρ_п
=
∙=
1,87 кг/м3;

b
=
;

₂
= 0,087∙=
1,73∙q2/3.

Сумма термических
сопротивлений стенки и загрязнений

Σr_ст
=+ r_загр.1
+ r_загр.2,

где
_ст
­– толщина стенки,
м; _ст
– коэффициент теплопроводности стали,
Вт/м2∙К
[3, 529];
r_загр.1
и r_загр.2
– термические сопротивления загрязнений
со стороны пара и уксусной кислоты,
м2∙К/Вт
(приложение Б15).

Σr_ст
=+
+=
3,88∙10-4
м2∙К/Вт.

Коэффициент
теплопередачи равен

К = ==
=.

Удельная
тепловая нагрузка равна

q
= K∙t
=
.

Решаем
уравнение относительно q

.

Это
уравнение решаем графически, задаваясь
значениями q
(5000, 10000, 15000) и определяем величину Y.
На графике (рисунок. 1.2.) строим зависимость
Y(q).
При Y
= 0 находим q
= 10200 Вт/м2.

Коэффициент
теплопередачи

К =
q/∆t
= 10200/17 = 600 Вт/м2К.

Площадь
поверхности теплообмена рассчитываем
по уравнению теплопередачи

F
=
=

=98
м2.

Принимаем аппарат
с площадью поверхности теплопередачи

F
= 112 м2
(приложение Б13). Запас составляет
.

Вопросы тестов

1.Изотермические
поверхности, изображенные на рисунке
не могут пересекаться.

2.
Направление теплового потока на рисунке
обозначено цифрой
2,
так как теплота распространяется в
сторону убывания температур.

3.В
случае стационарного одномерного
температурного поля градиент температуры
равен

gradt
=
.

4.
Согласно закону Фурье вектор плотности
теплового потока, передаваемого
теплопроводностью
пропорционален градиенту температуры,
взятому с противоположным знаком.

5.Формула
закона Фурье имеет видq
= — λ.

6.Закон
Фурье для стационарного одномерного
температурного поля имеет вид

.

7.Коэффициент
теплопроводности в законе Фурье
характеризует способность
вещества проводить теплоту.

8.Коэффициент
теплопроводности в системе единиц СИ
измеряется в
Вт/(м К).

9.Наибольшим
коэффициентом теплопроводности обладают
чистые металлы.

9.Для
углеродистых сталей коэффициент
теплопроводности в Вт/(м·К) примерно
равен 50.

10.Основным
параметром, влияющим на коэффициент
теплопроводности, является температура.

11.Дифференциальное
уравнение для нестационарного двухмерного
температурного поля имеет вид
.

12.Дифференциальное
уравнение теплопроводности для
нестационарного трехмерного температурного
поля записывается в виде a
.

13.Коэффициент
температуропроводности вычисляется
по формулеa
=
.

14.Физический
смысл коэффициента температуропроводности
состоит в том, что он характеризует
скорость изменения температуры в теле.

15.В
большинстве практических задач
приближенно предполагается, что
коэффициент теплопроводности не
зависит
от температуры и одинаков
по всей толщине стенки.

16.Если
δ₁
=
100 мм, λ₁
=
50 Вт/(м К), δ₂
=
100мм, λ₂
=
25 Вт/(м К),
то термическое сопротивление двухслойной
стенки, показанной на графике, в (м2К)/Вт
 равно 0,006.

17.Еслиq=
1 кВт/м2,
λ = 50 Вт/(м К), δ = 100мм, t₁
=
500,
то для стенки, показанной на графике,
температураравна
___.

Решение:Так
как
=
(–)то
=

18.Если
λ
= 1 Вт/(м К), δ = 100мм, t₁
=
500,t₂
=
400,
то плотность теплового потока  в
Вт/м2 твердого
тела, показанного на рисунке, равна
1000.

19.Еслиq
= const,
λ₁
=
λ₂ ,
то температураt₃,

  для представленного на рисунке
случая равна

20.Если
λ₁
=
50 Вт/(м К), λ₂
=
30 Вт/(м К),
то плотность теплового потока q
в кВт/м2
равна
37,5.

21.Термическое
сопротивление трехслойной однородной
плоской стенки вычисляется по формуле
.

22.Задача
о распространении теплоты в цилиндрической
стенке при известных и постоянных
температурах на внутренней и наружных
поверхностях, если ее рассматривать в
цилиндрических координатах является
одномерной.

23.Тепловой
поток теплопроводностью через однородную
цилиндрическую стенку, изображенную
на рисунке, вычисляется по формуле .

24.Если
длина трубы равна 1 м,

λ=50 Вт/мК,ΔT=20
K,,
то тепловой потокQ
равен 1000Вт.

25.Если
= 1 м,
= 2, λ = 0,05 Вт/(м К), ,
то термическое сопротивление цилиндрической
стенкиравно
.

Решение:

26.График
распределения температуры по толщине
однородной однослойной цилиндрической
стенки на рисунке обозначен цифрой 2.

27.Задача
о распространении теплоты в сферической
стенке при известных и постоянных
температурах на внутренней и наружных
поверхностях, если ее рассматривать в
сферических координатах, является
одномерной.

Показатели теплопроводности для готовых построек. Виды утеплений

При создании проекта нужно учитывать все способы утечки тепла. Оно может выходить через стены и крышу, а также через полы и двери. Если вы неправильно проведете расчеты проектирования, то придется довольствоваться только тепловой энергией, полученной от отопительных приборов. Здания, построенные из стандартного сырья: камня, кирпича либо бетона нужно дополнительно утеплять.

Монтаж минеральной ваты

Дополнительная теплоизоляция проводится в каркасных зданиях. При этом деревянный каркас придает жесткости конструкции, а утепляющий материал прокладывается в пространство между стойками. В зданиях из кирпича и шлакоблоков утепление производится снаружи конструкции.

Выбирая утеплители необходимо обращать внимание на такие факторы, как уровень влажности, влияние повышенных температур и типа сооружения. Учитывайте определенные параметры утепляющих конструкций:

• показатель теплопроводности оказывает влияние на качество теплоизолирующего процесса;
• влагопоглощение имеет большое значение при утеплении наружных элементов;
• толщина влияет на надежность утепления. Тонкий утеплитель помогает сохранить полезную площадь помещения;
• важна горючесть. Качественное сырье имеет способность к самозатуханию;
• термоустойчивость отображает способность выдерживать температурные перепады;
• экологичность и безопасность;
• звукоизоляция защищает от шума.

Характеристики разных видов утеплителей

В качестве утеплителей применяются следующие виды:

минеральная вата устойчива к огню и экологична. К важным характеристикам относится низкая теплопроводность;

Данный материал относится к самым доступным и простым вариантам

• пенопласт – это легкий материал с хорошими утеплительными свойствами. Он легко устанавливается и обладает влагоустойчивостью. Рекомендуется для применения в нежилых строениях;
• базальтовая вата в отличие от минеральной отличается лучшими показателями стойкости к влаге;
• пеноплэкс устойчив к влажности, повышенным температурам и огню. Имеет прекрасные показатели теплопроводности, прост в монтаже и долговечен;

Для пеноплекса характерна пористая структура

• пенополиуретан известен такими качествами, как негорючесть, хорошие водоотталкивающие свойства и высокая пожаростойкость;
• экструдированный пенополистирол при производстве проходит дополнительную обработку. Обладает равномерной структурой;

Данный вариант бывает разной толщины

пенофол представляет из себя многослойный утепляющий пласт. В составе присутствует вспененный полиэтилен. Поверхность пластины покрывается фольгой для обеспечения отражения.

Для теплоизоляции могут применяться сыпучие типы сырья. Это бумажные гранулы или перлит. Они имеют стойкость к влаге и к огню. А из органических разновидностей можно рассмотреть волокно из древесины, лен или пробковое покрытие

При выборе, особое внимание уделяйте таким показателям как экологичность и пожаробезопасность