Tepelná vodivost. Jednoduše o komplexu. Blogy Mastergrad

Součinitel tepelné vodivosti. Vyberte si „svou“ tepelnou izolaci

2019-02-27T21:46:57+03:00 20.03.2019 | Kategorie: Pohled odborníka | Štítky: Vlastní zateplení |

Co je součinitel tepelné vodivosti a proč je potřeba? Co znamená „při 10 °C“ nebo „při 100 °C“? Jak správně porovnávat tepelnou vodivost materiálů. První článek Dmitrije Abramova ze série „Vlastní tepelná izolace“.

Co je součinitel tepelné vodivosti

Přesná definice součinitele tepelné vodivosti je uvedena v souboru pravidel SP 61.13330.2012 „Tepelná izolace zařízení a potrubí“.

Součinitel tepelné vodivosti – množství tepla přeneseného za jednotku času přes jednotku plochy izotermického povrchu s teplotním gradientem rovným jednotce.
Od SP 61.13330.2012

Používají se zde následující pojmy:

Koeficient – relativní hodnota, která určuje vlastnost procesu nebo zařízení.

Tepelná vodivost – schopnost přenášet teplo z vytápěných prostor do chladnějších.

Izotermický povrch – povrch, jehož teplota je ve všech bodech stejná.

teplotní gradient – teplotní rozdíl.

V podstatě se jedná o vypočítaný koeficient, který ukazuje, kolik tepla materiál vede. Součinitel tepelné vodivosti je označen symbolem λ (lambda).

Proč je potřeba koeficient tepelné vodivosti?

Když vidíte, že součinitel tepelné vodivosti jednoho materiálu při 10 °C je 0,034 W/mK a druhého 0,036 W/mK za stejných podmínek. Co to znamená?

Díky koeficientu tepelné vodivosti můžete porovnat, který materiál předá více tepla a který méně. Čím nižší je tepelná vodivost materiálu, tím lepší tepelně izolační vlastnosti má.

Porovnejte například koeficient tepelné vodivosti materiálů ALMALEN při 10 °C s jinými pěnovými polyethyleny. Má nejnižší tepelnou vodivost ve své třídě: od 0,032 W/mK do 0,034 W/mK.

A pokud půjdeme dále, koeficient tepelné vodivosti umožní pochopit, jak se mění množství tepla přeneseného stejným materiálem v závislosti na teplotě na povrchu izolovaného objektu. Množství tepla přeneseného materiálem za určitou dobu se nazývá tepelný tok.

Definice tepelného toku je uvedena v GOST 7076-99 „Stavební materiály a výrobky. Metoda stanovení tepelné vodivosti a tepelného odporu za stacionárních tepelných podmínek.“

Tepelný tok – množství tepla procházející vzorkem za jednotku času.
Od GOST 7076-99

Co znamená λ 10 , λ 20 , λ 100 a tak dále?

Regulační dokumenty vám pomohou problematiku detailně pochopit. Vezměme si například GOST 32025-2012 (EN ISO 8497:1996) „Tepelná izolace. Metoda pro stanovení charakteristik přenosu tepla v továrně vyrobených lahvích za stacionárních tepelných podmínek. Podle této metody:

λ₁₀ je součinitel tepelné vodivosti získaný jako výsledek zkoušek při aritmetické střední hodnotě teploty tepelné izolace 10 °C. Aritmetický průměr teploty tepelné izolace je součet teplot na izolovaném povrchu a vnějším povrchu tepelné izolace dělený na polovinu.

λ₁₀₀ znamená, že zkoušky byly provedeny při aritmetickém průměru teploty tepelné izolace 100 °C.

Jak správně porovnat tepelnou vodivost různých materiálů

Pro stanovení součinitele tepelné vodivosti existují různé metody. Při porovnávání materiálů je třeba vždy věnovat pozornost srovnatelnosti a použitelnosti takových metod. To znamená, že je nutné porovnat součinitele tepelné vodivosti odebrané při stejné teplotě a stanovené podle stejné normy.

Například podle GOST 7076-99 „Stavební materiály a výrobky. Metoda stanovení tepelné vodivosti a tepelného odporu za stacionárních tepelných podmínek“ obvykle určuje součinitel tepelné vodivosti při 25 °C. Přitom většina evropských norem, například EN 12667:2001, definuje součinitel tepelné vodivosti při 10 °C.

Součinitel tepelné vodivosti stejného materiálu, měřený při nižší teplotě, bude mít vždy nižší hodnotu a údajně bude vypadat lépe.

Když někdo srovnává různé materiály na základě neznámých koeficientů tepelné vodivosti, utíkejte od takového „specialisty“. V nejlepším případě ztratíte čas.

Líbí se? Sdílej se svými přáteli!

5 komentáře

Vasily 23.03.2019 v 08:29 — Odpovědět

V článku je uvedena definice „součinitele tepelné vodivosti“ z SP 61 a v textu „tepelná vodivost“. Jak je to tedy správné a o jaké hodnotě mluvíme? Koeficient je bezrozměrný. logicky. Ano? Můžete prosím vysvětlit

Dmitrij Abramov 23.03.2019 v 11:39 — Odpovědět

Součinitel tepelné vodivosti je rozměrová hodnota udávající množství tepla přeneseného za jednotku času přes jednotku povrchu za jednotku času s rozdílem teplot jeden stupeň. Pro lineární součinitel tepelné vodivosti stěnami, válcovými nebo plochými, který se obvykle používá ve stavební tepelné fyzice, vypadá rozměr jako W/mS nebo W/mK, protože rozměry Celsia a Kelvina jsou stejné. Čím vyšší je součinitel tepelné vodivosti, tím intenzivnější je tepelný tok stěnou (aby to bylo zřetelnější přes tloušťku materiálu) a tím větší je tepelná vodivost tohoto materiálu. To znamená, že tepelná vodivost je vlastnost materiálu a tepelná vodivost je charakteristikou této vlastnosti.

Alexander 22.03.2019 v 07:55 — Odpovědět

Ve stavebnictví pracují se součiniteli tepelné vodivosti za reálných podmínek: lambda „a“ a lambda „b“. Zajímalo by mě, proč se u technické izolace nepoužívají takové koeficienty.

Dmitrij Abramov 22.03.2019 v 10:32 — Odpovědět

Součinitele tepelné vodivosti za provozních podmínek „A“ a „B“ znamenají přítomnost stálého zvlhčování izolace během topného období v obvodové konstrukci v důsledku difúze vodní páry z místnosti ven. Objem difuze závisí na typu místnosti (suchá, vlhká, mokrá), a proto poslední dva odkazují na provozní podmínky „B“. V technické izolaci je odlišný přístup, založený na skladbě tepelněizolační konstrukce. Při vysokých teplotách chladicí kapaliny samozřejmě nedochází k difúzi páry do potrubí. Proto se v technické izolaci bere součinitel tepelné vodivosti při 25C (v některých případech při 10C) a k tomuto součiniteli se připočítává zvýšení teploty, vlhkosti, stárnutí, násobené součinitelem zhutnění atd. A při nízkých teplotách chladicí kapaliny, zejména v létě, je objem difúze k povrchu potrubí mnohem větší než objem uvažovaný ve stavebních konstrukcích. Ale to je samostatné téma.

Pavel Bakhirev 22.03.2019 v 10:43 — Odpovědět

Difúze je vzájemné pronikání kontaktujících látek do sebe v důsledku tepelného pohybu částic. Difúze vodní páry je pronikání vodní páry do materiálu při kontaktu materiálu se vzduchem. Přírůstek je částka, o kterou se něco zvýší.

Při výběru vysoce kvalitního tepelně izolačního materiálu musí spotřebitel vzít v úvahu řadu parametrů, mezi nimiž je vždy ukazatel tepelné vodivosti. Tepelná vodivost by měla být vysoká nebo nízká, co je to „lambda“, na jaké ukazatele tepelné vodivosti se zaměřit – na tyto a další nejčastější otázky, které se při nákupu izolace objevují, najdete v tomto článku.

Slovo „tepelná vodivost“ nebo ještě matoucí „lambda“ zná každý žák z kurzu fyziky osmé třídy. Na informace, které nepoužíváme, se však časem zapomíná. Zkusme si osvěžit paměť těmito jednoduchými a velmi užitečnými znalostmi.

Tepelná vodivost, jak již bylo zmíněno výše, je jedním z klíčových pojmů moderního stavebnictví, zejména pokud jde o tepelně izolační materiály. Na tepelné vodivosti závisí tloušťka vaší stěny nebo střechy, hmotnost celého domu, a tedy i pevnost (únosnost) základu, odolnost konstrukcí a mnoho dalšího.

Moderní definice tepelné vodivosti je komplexní pojem. A skládá se z několika komponent zodpovědných za přenos tepla (výměna tepla).

Na první pohled vypadá vzorec zastrašující, ale ve skutečnosti je vše jednoduché.

Celková nebo čistá tepelná vodivost se skládá z tepelné vodivosti způsobené konvekcí, tepelné vodivosti pevné a plynné fáze a tepelné vodivosti, která zohledňuje přenos tepla sáláním.

Jste ještě zmatenější? Pak v pořádku. Podívejme se na každý prvek tohoto vzorce podrobněji.

Výměna tepla (nebo přenos tepla) je způsob, jak změnit vnitřní energii bez práce na těle nebo na těle samotném.

K přenosu tepla dochází vždy v určitém směru: od těles s vyšší teplotou k tělesům s teplotou nižší.

Z kurzu fyziky víme, že přenos tepla zahrnuje tři druhy přenosu tepla: tepelnou vodivost, konvekci a sálání.

Tepelná vodivost – jev přenosu vnitřní energie z jedné části těla do druhé nebo z jednoho těla do druhého během jejich
přímý kontakt.

Vložíte-li lžičku do sklenice horkého nápoje, zahřeje se nejen ta část lžíce, která je ponořená v tekutině, ale i ta část, která je nad vodou.

Tepelná vodivost různých látek není stejná, může být špatná (nízká) a dobrá (vysoká). Kovy mají dobrou tepelnou vodivost. Špatné – na vlnu, dřevo a plasty. Nejhorším vodičem tepla je vakuum.

Vzpomeňte si například na kuchyňské náčiní: hrnce a pánve. Je nepravděpodobné, že kovový hrnec plný lahodné polévky odstraníte z horkého sporáku holýma rukama, protože existuje reálné nebezpečí popálení rukou. Místo toho použijete kuchyňskou utěrku, silikonové nebo hadrové chňapky, tedy materiály, které špatně vedou teplo.

Proto jsou „správné“ hrnce a pánve vybaveny plastovými nebo dřevěnými rukojeťmi, které špatně vedou teplo. Jen si vzpomeňte na starou pánev vaší babičky s dřevěnou rukojetí: pánev je horká, ale rukojeť můžete uchopit bez rukavic.

Jak je tento jev vysvětlen? Podívejme se na příklad ohřevu kovové tyče (nebo lžíce z příkladu se sklenicí).

V kovu, stejně jako ve všech pevných látkách, molekuly podléhají vibračním pohybům kolem určitých rovnovážných poloh. Rychlost vibračního pohybu molekul kovu při zahřívání se zvyšuje v části, která je blíže plameni nebo zdroji tepla. Tyto molekuly v interakci se sousedními molekulami jim předávají část své energie. V důsledku toho se zvyšuje teplota segmentu tyče. Pak se rychlost vibračního pohybu molekul v dalších úsecích tyče zvyšuje a tak dále, dokud se celá tyč nezahřeje. Nejhorší tepelnou vodivost má proto vakuum: prakticky v něm nejsou molekuly, které by si navzájem předávaly energii. Je důležité poznamenat, že samotné molekuly, které přenášejí kinetickou energii, nemění své umístění, to znamená, že samotná látka se nepohybuje.

První koncept jsme vyřešili, uvidíme, co bude dál.

Další složkou tepelné vodivosti je proudění. Mnozí z vás slyšeli o takovém zařízení jako „konvektor“. Ale asi ne každý ví, proč se tomu tak říká. I když je logické předpokládat, že svůj název dostal podle principu fungování – konvekce.

Z kurzu fyziky vyplývá, že konvekce je přenos energie proudy kapaliny nebo plynu. Pokud v případě tepelné vodivosti dochází k přenosu energie při výměně tepla, pak při konvekci dochází k přenosu hmoty.

Konvektory (jako jakákoli jiná topná zařízení) ohřívají okolní vzduch, v důsledku čehož teplota v místnosti stoupá a je vám teplo. V tomto případě proudy teplého vzduchu stoupají nahoru a proudy studeného vzduchu padají dolů. Proces ohřevu vody v konvici probíhá podobným způsobem: horká voda stoupá a studená voda padá na její místo. Stejný princip se používá v systému vytápění pro vytápění domů.

Existují dva typy konvekce: přirozená a nucená.

Ohřev vzduchu v místnosti slunečními paprsky je příkladem přirozené konvekce. Pokud je však vzduch ohříván tepelným ventilátorem, jedná se o nucenou konvekci. Ventilátor způsobuje pohyb vzduchu v místnosti a zároveň jej ohřívá na požadovanou teplotu. Mezi další příklady konvekce patří studené a teplé mořské proudy, stejně jako tvorba a pohyb mraků a větrů.

Pojďme k další složce: záření (přenos tepla sáláním).

Záření je způsob přenosu energie z jednoho tělesa do druhého ve formě elektromagnetických vln. Typicky se jedná o infračervené (IR) záření. Tento princip je zakotven v dalším unikátním zařízení – infrazářiči.

Princip jeho fungování je založen na skutečnosti, že jakékoli zahřáté těleso je zdrojem záření. Nejpůsobivějším příkladem je Slunce. Menším příkladem je oheň, který šíří teplo na dost velkou vzdálenost. V případě topidla se okolní předměty vlivem elektromagnetického záření ohřívají a místnost se zahřívá.

Tento typ výměny tepla se liší tím, že k němu může docházet i ve vakuu. Sluneční energie se přece nějak dostává na Zemi.

Je pozoruhodné, že temná těla lépe absorbují a uvolňují energii. Pokud je nutné materiál co nejvíce zahřát, je natřen černou barvou. Příkladem jsou solární kolektory (ohřívače vody), které se instalují na střechy domů. Tato zařízení umožňují shromažďovat teplo ze slunce a ohřívat chladicí kapalinu, která pak předává teplo uvnitř domu k vytápění místností nebo ohřevu vody.

Nejhůře absorbují energii světlé nebo reflexní materiály. Schopnost světlých těles dobře odrážet zářivou energii se zohledňuje v různých oblastech: při stavbě letadel, při stavbě výškových budov v horkých zemích, dokonce i při výběru barvy oblečení v teplých sezóna. Na okna se často používají metalizované fólie, které částečně odrážejí sluneční teplo a šetří místnost před přehříváním.

Vyřešili jsme základní principy. Je čas vrátit se k našemu vzorci.

Budeme jej analyzovat na příkladu tepelně izolačního materiálu z polyisokyanurátové pěny (PIR) – LOGICPIR.

LOGICPIR je inovativní izolace s unikátními ukazateli tepelné vodivosti – pouze 0,021 W/m*K, umožňující maximální úsporu místa při minimální tloušťce tepelné izolace. PIR desky navíc neabsorbují vlhkost, čímž zabraňují tvorbě kondenzace a spolehlivě chrání váš domov před plísněmi, roztoči a bakteriemi, které představují zdravotní riziko. LOGICPIR patří k nové generaci polyuretanů, které nás obklopují všude: od interiérových dílů automobilů, matrací a obuvi až po lékařství, kde nejvýraznější oblastí jejich použití je výroba protéz pro kardiovaskulární systém. Netřeba dodávat, že materiál je šetrný k životnímu prostředí, což potvrzuje řada certifikátů a posudků.

Vraťme se tedy k tepelné vodivosti.

Konstrukční a plynová tepelná vodivost je tepelná vodivost složek, které tvoří materiál, a to:

• pevná fáze – tepelná vodivost polymerového rámu s mnoha buňkami s velmi tenkými, ale silnými stěnami;
• plynná fáze – tepelná vodivost plynu umístěného v článcích.

Pokud porovnáme tepelnou izolaci PIR s pěnovým sklem nebo pěnobetonem, pak jsou tyto materiály strukturou podobné. Všechny jsou buněčné a naplněné plynem. Tepelná vodivost těchto materiálů se však bude lišit.

Sklo a beton na rozdíl od plastů vedou teplo intenzivněji, pěnové sklo a pěnobeton mají větší tepelnou vodivost a jejich výkon jako tepelný izolant je poněkud horší. I polymery se od sebe liší tepelnou vodivostí.

Jak již bylo zmíněno dříve, prezentované materiály jsou buněčné a každý obsahuje nějaký druh plynů. V pěnovém skle a pěnovém betonu je to obvykle okolní vzduch, v PIR – inertní plyny. Nejhůře vedou teplo inertní plyny obsah molekul v 1 m3 je velmi malý, vzdálenost mezi molekulami je velmi velká, takže přenos energie mezi molekulami je poměrně obtížný. Vzduch vede teplo mnohem lépe, protože se skládá ze směsi různých plynů, je tam hodně molekul a všechny spolu interagují.

Proudění Složka jemnozrnné tepelné izolace se obvykle neuvažuje, protože velikost buněk PIR tepelné izolace je zanedbatelná (méně než 1 mm) a plyn v těchto buňkách je nehybný.

Poslední složkou je záření. Jeho vliv lze snížit použitím přídavných materiálů, které mohou odrážet tepelné toky. Chcete-li to provést, můžete materiál natřít, řekněme, bílou barvou. U tepelně izolačních desek PIR je za odraz tepla zodpovědná fólie, která materiál pokrývá z obou stran. Kromě funkce odrážení tepla má fólie také ochrannou funkci z hlediska úniku pěnotvorného plynu. Fólie je podle svých vlastností téměř ideálním parobrzdným materiálem, což znamená, že je schopna zpomalit migraci plynů z tepelně izolačních buněk do vnějšího prostředí.

Lehké inertní plyny jsou při provozu nahrazeny těžším okolním vzduchem s dobrou tepelnou vodivostí. K tomu dochází u všech porézních materiálů v důsledku difúzních procesů.

Vezměme si jako příklad běžný balónek naplněný heliem, který lze přirovnat k jedné buňce pěnové izolace. Nový míč se vždy snaží létat vysoko do nebe. Pokud ráno stále visel ze stropu, postupem času se postupně sníží a viset ve středu místnosti a po několika hodinách leží na podlaze. Tito. po celou tu dobu plyn pomalu opouští kouli v důsledku difúze a ta ztrácí svou „těkavost“.

Totéž platí pro tepelnou izolaci. „Kuličky“ (buňky), které jsou nejblíže hranici s okolním vzduchem, postupně mění své složení plynu. Ty „kuličky“, které jsou hluboko v materiálu, to však dělají velmi pomalu nebo vůbec, protože pro inertní plyn je velmi obtížné projít obrovským množstvím stěn sousedních „kuliček“ a uniknout ven.

Povrch tepelné izolace je navíc pokryt fólií, která zabraňuje úniku plynu, tepelná vodivost materiálu (jeho plynové složky) je zachována.

Konečný vzorec pro tepelnou vodivost PIR lze napsat jako:

Pojďme si to shrnout. Tepelná izolace je velmi důležitým ukazatelem. To určuje, jak teplý bude váš domov. Nejúčinnější tepelná izolace by měla mít všechny své složky () co nejnižší. S moderní izolací, jako je LOGICPIR, je toho dosaženo použitím inertních plynů, polymerů a speciálních povlaků, které odrážejí tepelný tok. Jsme si jisti, že nyní budete nejen schopni přesně vybrat tepelně izolační materiál, který splňuje nejvyšší požadavky, ale také pomůže vašim dětem projít fyzikou s nejvyšším skóre.

Děkujeme TechnoNIKOL za pomoc při přípravě materiálu