Coeficientul de conductivitate termică a materialelor de construcție: ce înseamnă indicatorul + tabelul valorilor

Domeniul construcțiilor prevede utilizarea oricăror materiale potrivite. Criteriile principale – siguranța pentru viață și sănătate, conductivitatea termică, fiabilitatea. Urmează prețul, proprietățile estetice, universalitatea aplicării etc.

Să examinăm una dintre cele mai importante caracteristici ale materialelor de construcție – coeficientul de conductivitate termică, deoarece de această proprietate depinde în mare măsură, de exemplu, nivelul de confort în casă.

Ce este coeficientul de conductivitate termică al materialului de construcție?

Teoretic, dar și practic, materialele de construcție creează de obicei două suprafețe – exterioară și interioară. Din punct de vedere al fizicii, zona caldă tinde întotdeauna spre zona rece.

În ceea ce privește materialul de construcție, căldura va tinde de la o suprafață (mai caldă) la o altă suprafață (mai puțin caldă). Așadar, capacitatea materialului în raport cu această tranziție se numește – coeficient de conductivitate termică sau, în abreviatura – KTP.

Schemă care explică efectul conductivității termice: 1 – energie termică; 2 – coeficient de conductivitate termică; 3 – temperatura primei suprafețe; 4 – temperatura celei de-a doua suprafețe; 5 – grosimea materialului de construcție

Caracteristica KTP se bazează de obicei pe încercări, când se ia o mostră experimentală cu dimensiunile de 100x100 cm și i se aplică un efect termic ținând cont de diferența de temperatură a două suprafețe de 1 grad. Timpul de acțiune este de 1 oră.

În consecință, conductivitatea termică se măsoară în Wați pe metru pe grad (W/m°C). Coeficientul este notat cu simbolul grecesc λ.

În mod implicit, conductivitatea termică a diferitelor materiale de construcție cu o valoare mai mică de 0,175 W/m°C clasifică aceste materiale în categoria materialelor izolatoare.

Producția modernă a însușit tehnologii de fabricare a materialelor de construcție al căror nivel KTP este mai mic de 0,05 W/m°C. Datorită acestor produse, se obține un efect economic semnificativ în ceea ce privește consumul de resurse energetice.

Influența factorilor asupra nivelului de conductivitate termică

Fiecare material de construcție în parte are o structură determinată și posedă o stare fizică specifică.

Baza acestora sunt:

• dimensionalitatea cristalelor structurii;
• starea de fază a substanței;
• gradul de cristalizare;
• anizotropia conductibilității termice a cristalelor;
• volumul porozității și al structurii;
• direcția fluxului termic.

Toate acestea sunt factori de influență. O influență certă asupra nivelului coeficientului de conductivitate termică (CT) o are, de asemenea, compoziția chimică și impuritățile. Cantitatea de impurități, după cum a arătat practica, are o influență deosebit de pronunțată asupra nivelului de conductivitate termică a componentelor cristaline.

Materialele izolante de construcție reprezintă o clasă de produse destinate construcțiilor, create având în vedere proprietățile CT apropiate de cele optime. Cu toate acestea, este extrem de dificil să se atingă o conductivitate termică ideală, păstrând în același timp celelalte calități.

La rândul lor, asupra CT influențează condițiile de exploatare a materialului de construcție – temperatura, presiunea, nivelul de umiditate etc.

Materiale de construcție cu coeficient de conductivitate termică minim

Conform cercetărilor, aerul uscat are cea mai mică valoare a conductivității termice (aproximativ 0,023 W/m°C).

Din punctul de vedere al utilizării aerului uscat în structura materialului de construcție, este necesară o construcție în care aerul uscat să se afle în interiorul unor spații închise și numeroase, de volum mic. Din punct de vedere constructiv, o astfel de configurație este reprezentată sub forma unor numeroși pori în interiorul structurii.

De aici rezultă o concluzie logică: un nivel scăzut al CT trebuie să îl aibă un material de construcție a cărui structură internă reprezintă o formațiune poroasă.

Mai mult, în funcție de porozitatea maximă admisibilă a materialului, valoarea conductivității termice se apropie de valoarea CT a aerului uscat.

Crearea unui material de construcție cu conductivitate termică minimă este favorizată de structura poroasă. Cu cât conține mai mulți pori de diferite volume în structura materialului, cu atât se poate obține un CT mai bun.

În producția modernă se aplică mai multe tehnologii pentru obținerea porozității materialului de construcție.

În particular, se utilizează tehnologiile:

• de spumare;
• de gazare;
• de hidratare (sigilare cu apă);
• de expandare;
• de introducere a aditivilor;
• de creare a carcaselor fibroase.

Trebuie menționat: coeficientul de conductivitate termică este direct legat de proprietăți precum densitatea, capacitatea termică, conductivitatea termică (difuzivitatea).

Valoarea conductivității termice poate fi calculată după formula:

λ = Q / S * (T₁-T₂) * t,

Unde:

• Q – cantitatea de căldură;
• S – grosimea materialului;
• T₁, T₂ – temperatura de pe cele două părți ale materialului;
• t – timpul.

Valoarea medie a densității și a conductivității termice este invers proporțională cu valoarea porozității. Prin urmare, pe baza densității structurii materialului de construcție, dependența conductivității termice de aceasta poate fi calculată astfel:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Unde: d – valoarea densității. Aceasta este formula lui V. P. Nekrasov, care demonstrează influența densității unui material specific asupra valorii CT a acestuia.

Influența umidității asupra conductivității termice a materialului de construcție

Din nou, judecând după exemplele de utilizare a materialelor de construcție în practică, se constată influența negativă a umidității asupra CTP a materialului de construcție. S-a observat – cu cât materialul de construcție este mai expus la umezire, cu atât valoarea CTP devine mai mare.

Prin diferite metode se încearcă protejarea materialului utilizat în construcții de influența umidității. Această măsură este pe deplin justificată, având în vedere creșterea coeficientului pentru materialul de construcție umed.

Nu este dificil să justificăm acest aspect. Influența umidității asupra structurii materialului de construcție este însoțită de umezirea aerului din pori și de înlocuirea parțială a mediului aerian.

Având în vedere că parametrul coeficientului de conductibilitate termică pentru apă este de 0,58 W/m°C, devine clară creșterea semnificativă a CTP a materialului.

De asemenea, trebuie menționat un efect și mai negativ atunci când apa care intră în structura poroasă este ulterior înghețată – se transformă în gheață.

În consecință, nu este dificil de calculat o creștere și mai mare a conductibilității termice, ținând cont de parametrii CTP ai gheții, egală cu valoarea de 2,3 W/m°C. Creșterea este de aproximativ patru ori față de parametrul conductibilității termice a apei.

Unul dintre motivele renunțării la construcțiile de iarnă în favoarea construcțiilor de vară trebuie considerat tocmai factorul posibilei înghețări a unor tipuri de materiale de construcție și, ca urmare, creșterea conductibilității termice.

De aici devin evidente cerințele de construcție privind protejarea materialelor izolante de pătrunderea umidității. Căci nivelul conductibilității termice crește direct proporțional cu umiditatea cantitativă.

Nu mai puțin important pare și un alt aspect – invers, atunci când structura materialului de construcție este supusă unei încălziri semnificative. Temperatura excesiv de ridicată provoacă, de asemenea, creșterea conductibilității termice.

Acest lucru se întâmplă din cauza creșterii energiei cinematice a moleculelor care constituie baza structurală a materialului de construcție.

Este adevărat, există o clasă de materiale a căror structură, dimpotrivă, dobândește proprietăți mai bune de conductibilitate termică în regim de încălzire puternică. Unul dintre astfel de materiale este metalul.

Dacă sub încălzire puternică majoritatea materialelor de construcție larg răspândite își modifică conductibilitatea termică în sensul creșterii, încălzirea puternică a metalului duce la efectul opus – CTP al metalului scade.

Metode de determinare a coeficientului

Se utilizează diferite metode în acest sens, dar, de fapt, toate tehnologiile de măsurare sunt unite în două grupuri de metode:

1. Regimul măsurătorilor staționare.
2. Regimul măsurătorilor nestaționare.

Metoda staționară presupune lucrul cu parametri care rămân neschimbați în timp sau se modifică într-o măsură nesemnificativă. Această tehnologie, judecând după aplicațiile practice, permite obținerea unor rezultate mai precise ale CCT.

Acțiunile de măsurare a conductivității termice, metoda staționară permite efectuarea într-un interval larg de temperatură – 20 – 700 °C. În același timp, tehnologia staționară este considerată o metodă laborioasă și complexă, care necesită o perioadă mare de timp pentru execuție.

Exemplu de aparat destinat efectuării măsurătorilor coeficientului de conductivitate termică. Este una dintre construcțiile digitale moderne, care asigură obținerea unui rezultat rapid și precis.

Cealaltă tehnologie de măsurare – nestaționară, pare mai simplificată, necesitând pentru execuție între 10 și 30 de minute. Cu toate acestea, în acest caz, intervalul de temperatură este semnificativ limitat. Totuși, metoda a găsit o aplicare largă în condițiile sectorului de producție.

Tabel cu conductivitatea termică a materialelor de construcție

Nu are sens să supunem măsurătorilor multe dintre materialele de construcție existente și utilizate pe scară largă.

Toate aceste produse au fost, de regulă, testate în repetate rânduri, pe baza cărora s-a întocmit un tabel al conductivității termice a materialelor de construcție, care include practic toate materialele necesare pe șantier.

Una dintre variantele unui astfel de tabel este prezentată mai jos, unde CCT – coeficient de conductivitate termică:

Vă recomandăm să citiți și celelalte articole ale noastre, în care vă explicăm cum să alegeți corect izolația:

1. Izolații pentru acoperiș mansardat.
2. Materiale pentru izolarea casei din interior.
3. Izolații pentru tavan.
4. Materiale pentru izolația termică exterioară.
5. Izolație pentru podea într-o casă din lemn.

Concluzii și material video util pe această temă

Un videoclip tematic, în care se explică suficient de detaliat – ce este KTP și «cu ce se mănâncă». Familiarizându-vă cu materialul prezentat în videoclip, aveți șanse mari să deveniți un constructor profesionist.

Un aspect evident – potențialul constructor trebuie să cunoască cu siguranță despre conductivitatea termică și dependența acesteia de diverși factori. Aceste cunoștințe vor ajuta să construiască nu doar calitativ, ci cu un grad înalt de fiabilitate și durabilitate a obiectului. Utilizarea coeficientului în esență reprezintă o economie reală de bani, de exemplu, la plata acelorași servicii comunale.

Dacă aveți întrebări sau informații valoroase pe tema articolului, vă rugăm să lăsați comentariile dumneavoastră în blocul de mai jos.