Теплопроводность утеплителей для Орехово-Зуевского дома
| Телефоны магазина +7-(496)-429-12-29 |
| Крупногабарит(Стройплощадка) +7 (925) 499-70-70 |
Ищем:
Чем ниже коэффициент теплопроводности – тем лучше теплоизоляция материала
| Утеплитель | Теплопроводность, Вт/(м*С) | Плотность, кг/м3 | Паропроницаемость, мг/ (м*ч*Па) | Плюсы | Минусы | Горючесть |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Пенополиуретан | 0,023 | 32 | 0,0-0,05 |
|
|
|
| 0,029 | 40 | |||||
| 0,035 | 60 | |||||
| 0,041 | 80 | |||||
| Пенополистирол (пенопласт) | 0,038 | 40 | 0,013-0,05 |
|
|
Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание |
| 0,041 | 100 | |||||
| 0,05 | 150 | |||||
| Экструдированный пенополистирол | 0,031 | 33 | 0,013 |
|
|
Г1 у марок с антипеновыми добавками, другие Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание |
| Минеральная (базальтовая) вата | 0,048 | 50 | 0,49-0,6 |
|
Сравнительно дорогая | Огнеупорный |
| 0,056 | 100 | |||||
| 0,07 | 200 | |||||
| Стекловолокно (стекловата) | 0,041-0,044 | 155-200 | 0,5 |
|
|
Не горит |
| Пенопласт ПВХ | 0,052 | 125 | 0,023 | Жесткий, в монтаже прост и технологичен |
|
Г3 и Г4. Сопротивление возгоранию и самозатухание |
| Древесные опилки | 0,07-0,18 | 230 | — |
|
|
Пожароопасен |
При пожарах токсичные вещества отсутствуют
Самый лучший теплоизоляционный материал – пенополиуретан и его производная – экструдированный пенополистирол.
Санитарные нормы и правила по теплопотерям частного дома
Сравнительная таблица утеплителей по теплопроводности, толщине и плотности — Мир Окон 🏠
Содержание
Сравнительная таблица утеплителей по теплопроводности, толщине и плотности
В привычной для населения страны холодной зиме, востребованность теплоизоляционных материалов всегда на высоком уровне. Необходимо учитывать все особенности каждого из утеплителей, чтобы сделать выбор в пользу качественного и целесообразного материала.
Содержание
Зачем нужна теплоизоляция?
Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:
- Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.
Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию.
- Увеличение долговечности конструкций здания.
В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены. Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.
- Шумоизоляция.
Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).
- Увеличение полезной площади зданий.
Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.
Как правильно выбрать утеплитель?
При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием.
Основные требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам:
- Теплопроводность.
Теплопроводность подразумевает под собой способность материала передавать теплоту. Это свойство характеризуется коэффициентом теплопроводности, на основе которого принимают необходимую толщину утеплителя. Теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности является лучшим выбором.
Также теплопроводность тесно связана с понятиями плотности и толщины утеплителя, поэтому при выборе необходимо обращать внимание и на эти факторы.
Под плотностью понимают массу одного кубического метра теплоизоляционного материала. По плотности материалы подразделяются на: особо лёгкие, лёгкие, средние, плотные (жёсткие). К легким относятся пористые материалы, подходящие для утепления стен, перегородок, перекрытий. Плотные утеплители лучше подходят для утепления снаружи.
Чем меньше плотность утеплителя, тем меньше вес, а теплопроводность выше. Это является показателем качества утепления. А небольшой вес способствует удобству монтажа и укладки. В ходе опытных исследований установлено, что утеплитель, имеющий плотность от 8 до 35 кг/м³ лучше всего удерживает тепло и подходят для утепления вертикальных конструкций внутри помещений.
А как зависит теплопроводность от толщины? Существует ошибочное мнение, что утеплитель большой толщины будет лучше удерживать тепло внутри помещения.
Это приводит к неоправданным расходам. Слишком большая толщина утеплителя может привести к нарушению естественной вентиляции и в помещении будет слишком душно.
А недостаточная толщина утеплителя приводит к тому, что холод будет проникать через толщу стены и на плоскости стены образуется конденсат, стена будет неотвратимо отсыревать, появится плесень и грибок.
Толщину утеплителя необходимо определять на основании теплотехнического расчета с учетом климатических особенностей территории, материала стены и её минимально допустимого значения сопротивления теплопередачи.
В случае игнорирования расчета может появиться ряд проблем, решение которых потребует больших дополнительных затрат!
Таблица теплопроводности материалов
| Материал | Теплопроводность материалов, Вт/м*⸰С | Плотность, кг/м³ |
| Пенополиуретан | 0,020 | 30 |
| 0,029 | 40 | |
| 0,035 | 60 | |
| 0,041 | 80 | |
| Пенополистирол | 0,037 | 10-11 |
| 0,035 | 15-16 | |
| 0,037 | 16-17 | |
| 0,033 | 25-27 | |
| 0,041 | 35-37 | |
| Пенополистирол (экструдированный) | 0,028-0,034 | 28-45 |
| Базальтовая вата | 0,039 | 30-35 |
| 0,036 | 34-38 | |
| 0,035 | 38-45 | |
| 0,035 | 40-50 | |
| 0,036 | 80-90 | |
| 0,038 | 145 | |
| 0,038 | 120-190 | |
| Эковата | 0,032 | 35 |
| 0,038 | 50 | |
| 0,04 | 65 | |
| 0,041 | 70 | |
| Изолон | 0,031 | 33 |
| 0,033 | 50 | |
| 0,036 | 66 | |
| 0,039 | 100 | |
| Пенофол | 0,037-0,051 | 45 |
| 0,038-0,052 | 54 | |
| 0,038-0,052 | 74 |
- Экологичность.
Этот фактор является значимым, особенно в случае утепления жилого дома, так как многие материалы выделяют формальдегид, что влияет на рост раковых опухолей. Поэтому необходимо делать выбор в сторону нетоксичных и биологически нейтральных материалов. С точки зрения экологичности лучшим теплоизоляционным материалом считается каменная вата.
- Пожарная безопасность.
Материал должен быть негорючим и безопасным. Гореть может любой материал, разница состоит в том, при каком температуре он возгорается. Важным является то, чтобы утеплитель был самозатухающим.
- Паро- и водонепроницаемость.
Преимущество имеют те материалы, которые обладают водонепроницаемостью, так как впитывание влаги приводит к тому, что эффективность материала становится низкой и полезные характеристики утеплителя через год использования снижаются на 50% и более.
- Долговечность.
В среднем срок службы изоляционных материалов составляет от 5 до 10-15 лет.
Теплоизоляционные материалы, имеющие в составе вату в первые годы службы значительно снижают свою эффективность. Зато пенополиуретан обладает сроком службы свыше 50 лет.
- Пенополиуретан – на сегодняшний день самый эффективный утеплитель.
Виды ППУ
Достоинства: бесшовный монтаж пеной, долговечность, лучшая тепло- и гидроизоляция.
Недостатки: дороговизна материала, неустойчивость к УФ-излучению.
- Пенополистирол (пенопласт) – востребован для использования в качестве утеплителя для помещений разных типов.
Достоинства: низкая теплопроводность, невысокая стоимость, удобство монтажа, водонепроницаемость.
Недостатки: хрупкость, легкая воспламеняемость, образование конденсата.
- Экструдированный пенополистирол – прочный и удобный материал, при необходимости элементов нужного размера легко разрезается ножом.
Достоинства: очень низкая теплопроводность, водонепроницаемость, прочность на сжатие, удобство монтажа, отсутствие плесени и гниения, возможность эксплуатации от -50⸰С до +75⸰С.
Недостатки: намного дороже пенопласта, восприимчивость к органическим растворителям, образование конденсата.
- Базальтовая (каменная) вата – минеральная вата, изготавливающаяся на базальтовой основе.
Достоинства: противостояние образованию грибков, звукоизоляция, прочность к механическим воздействиям, огнеупорность, негорючесть.
Недостатки: более высокая стоимость, по сравнению с аналогами.
- Эковата – утеплитель, выполненный на основе естественных материалов (волокна дерева и минералы). На сегодняшний день применяется довольно часто.
Достоинства: звукоизоляция, экологичность, влагостойкость, доступная стоимость.
Недостатки: во время эксплуатации повышается теплопроводность, необходимость специального оборудования для монтажа, возможность усадки.
- Изолон – современный утеплитель, изготавливаемый путем вспенивания полиэтилена. Является одним из самых востребованных.
Достоинства: низкая теплопроводность, низкая паропроницаемость, высокая шумоизоляция, удобство резки и монтажа, экологичность, гибкость, небольшой вес.
Недостатки: низкая прочность, необходимость устройства вентиляционного зазора.
- Пенофол – утеплитель, который отвечает многим требованиям, предъявляемым к качеству утеплителя и утепления различных помещений, а также конструкций и т.д.
Достоинства: экологичность, высокая способность к отражению тепла, высокая шумоизоляция, влагонепроницаемость, негорючесть, удобство перевозки и монтажа, отражение воздействия радиации.
Недостатки: малая жесткость, затрудненность крепления материала, в качестве теплоизоляции одного пенофола недостаточно.
Заключение
Рассмотренные достоинства и недостатки утеплителей позволят выбрать самый подходящий вариант уже на стадии проектирования.
При этом учитывать все требования, предъявляемые к теплоизоляционному материалу, в первую очередь теплопроводность.
Подписаться
Теплопроводность утеплителей таблица — сравнение утеплителей по теплопроводности
Мы живем далеко не в самой жаркой стране на Земле, а значит, свои жилища вынуждены обогревать, по крайней мере, большую часть года. Этим и объясняется такой высокий спрос на разные утеплители.
Из всех материалов, использующихся для утепления жилых и прочих объектов, особо популярными являются сейчас пенополиуретан, пенополистирол и минеральная вата. Поговорим о двух последних из них.
Минеральная вата
Минеральной ватой называется материал, основой которого является базальтовое волокно.
Применяться минеральная вата может не везде, так как имеет нижний температурный предел. К примеру, этот утеплитель не может быть использован в холодильной камере.
Под воздействием низких температур минеральная вата становится хрупкой и деформируется, что недопустимо для утеплителя.
Здесь, как показывает сравнение утеплителей по теплопроводности, преимущество на стороне пенополистирола, у которого нет нижнего температурного предела.
Что касается верхней температурной границы, тут все зависит от механических нагрузок во время воздействия высокой температуры и длительности этого воздействия. Если вам интересна теплопроводность утеплителей, таблица, которая есть на нашем сайте, поможет в получении информации об этом. В частности там приведен коэффициент теплопроводности минеральной ваты.
Минеральная вата пропускает пар и влагу. Это заметно снижает ее теплоизолирующие свойства. Также скопление влаги способствует развитию плесени и грибка, в утеплителе начинают селиться грызуны, заводятся гнилостные бактерии и пр.
Еще утеплитель из минеральной ваты гигроскопичен, из-за чего необходимо возводить вентилируемые стены и кровлю. Это в ряде случаев приводит к большому расходу денежных средств.
Утеплитель из минеральной ваты тяжелее своего аналога из пенополистирола в 1,5-3 раза.
Отсюда более высокая стоимость его транспортировки. Также минус в том, что такой утеплитель может быть использован лишь тогда, когда фундамент сооружения, которое утепляется с его помощью, достаточно прочен. Разумеется, труднее производить погрузочно-разгрузочные и строительно-монтажные работы с использованием утеплителя большой массы.
Пенополистирол
По сравнению с вышеописанным утеплителем, утеплитель из пенополистирола имеет лучшие характеристики. Теплоизоляционные свойства этого материала высоки, в результате чего, применение его становится экономически выгодным.
Утеплитель из пенополистирола помимо хороших теплоизоляционных свойств, хорошо поглощает шум, противостоит бактериям и грибкам. Также этот материал устойчив к воздействию растворов спиртов, кислот и щелочей. Коэффициент теплопроводности пенополистирола и прочие его характеристики можно узнать, изучив «теплопроводность утеплителей таблица» на нашем ресурсе.
Одно из главных достоинств пенополистирола заключается в его способности выдерживать достаточно большую механическую нагрузку при минимальном значении плотности.
Нужно выделить преимущество пенополистирола перед минеральной ватой. Так как он имеет небольшую среднюю плотность, то не изменяет практически нагрузку на фундамент и несущие конструкции.
Сравнение утеплителей по теплопроводности показывает, что в зависимости от плотности коэффициент теплопроводности минеральной ваты – 0,048-0,07; коэффициент теплопроводности пенополистирола – 0,038-0,05.
Другие свойства описываемых утеплителей
Утеплители из минеральной ваты не могут воспламеняться. Огнестойкость этих материалов определяется не только тем, каковы свойства материала, но и тем, в каких условиях они используются.
На степень огнестойкости большое влияние оказывает то, с какими материалами комбинируются утеплители. Также играет роль способ расположения защитных и покровных слоев.
Что касается пенополистирола, он относится к самозатухающим материалам. Поэтому стены, отделанные им, воспламеняются не так быстро. А если это все-таки происходит, пламя по их поверхности распространяется также медленнее, чем в случае с другими утеплителями.
Когда горит утеплитель из пенополистирола, тепла выделяется примерно 1000 МДж/м3, что в 7-8 раз меньше, чем при горении сухого дерева. Время самостоятельного горения пенополистирола – не больше секунды.
Минеральная вата относится к негорючим веществам. Поэтому воспламеняемость поверхностей, облицованных ей, равно как и распространяемость пламени по ним, минимальна. Так как основа этого утеплителя – базальт – является натуральным камнем, минеральная вата способна выдерживать температуру – до 1000 °C, а распространению огня способна противостоять – до трех часов.
Что такое теплопроводность? — Matmatch
Теплопроводность — это мера способности определенного материала передавать или проводить тепло. Проводимость возникает, когда в материале присутствует градиент температуры. Его единицы измерения (Вт/мК) обозначаются либо λ, либо k.
Второй закон термодинамики определяет, что тепло всегда будет течь от более высокой температуры к более низкой температуре.
Уравнение теплопроводности рассчитывается по следующей формуле:
представляет собой тепловую энергию, передаваемую в единицу времени через материал. Это выражается в джоулях в секунду или ваттах.
- k – константа теплопроводности.
- A – площадь поверхности, через которую течет тепловая энергия, измеряется в м2.
- ∆T — разница температур, измеренная в кельвинах.
- L относится к толщине материала, через который передается тепло, и измеряется в метрах.
- Для расчета константы теплопроводности можно использовать следующее уравнение:
Теплопроводность конкретного материала зависит от его плотности, содержания влаги, структуры, температуры и давления.
Как измеряется?
Некоторые распространенные методы измерения теплопроводности:
Метод защищенной нагревательной пластины:
Метод защищенной нагревательной пластины – это широко используемый стационарный метод измерения теплопроводности.
Материал, который необходимо протестировать, помещают между горячей и холодной пластинами. Параметрами, используемыми для расчета теплопроводности, являются установившиеся температуры, тепло, используемое для более теплой пластины, и толщина материала. Его можно использовать в диапазоне температур от 80 до 1500 К и для таких материалов, как пластик, стекло и изоляционные образцы. Это очень точно, но для проведения теста требуется значительное количество времени.
Метод горячей проволоки:
Метод горячей проволоки является переходным методом и может использоваться для определения теплопроводности жидкостей, твердых тел и газов. Стандартный метод с горячей проволокой, используемый для жидкостей, заключается в том, что в образец помещается нагретая проволока. Теплопроводность определяется сравнением зависимости температуры проволоки от логарифма времени, когда заданы плотность и емкость.
В случае с твердыми телами требуется небольшая модификация этого метода, при которой горячая проволока поддерживается на подложке, чтобы не было проникновения в твердое тело.
Работает в диапазоне температур 298 – 1800 K и является быстрым и точным методом, но имеет ключевое ограничение в том, что он работает только с материалами с низкой проводимостью.
Сравнительный метод нарезных брусков:
Сравнительный метод нарезных брусков представляет собой стационарный метод и может использоваться для испытаний металлов, керамики и пластмасс. Тепловой поток проходит через образцы, теплопроводность которых известна и неизвестна, следовательно, можно провести сравнение температурных градиентов. Он работает в диапазоне температур 293 – 1573 К, но измерения относительно неопределенны.
Метод лазерной вспышки:
Метод лазерной вспышки представляет собой переходный метод, при котором лазерный импульс доставляет короткий тепловой импульс к переднему краю образца, а изменение температуры измеряется на заднем конце образца. Он работает в диапазоне температур 373 – 3273 К и может использоваться как для твердых, так и для жидких тел. Его преимущество в том, что он быстрый и имеет высокую точность, но довольно дорогой.
Метод измерения теплового потока:
Метод измерения теплового потока является методом установившегося режима и подобен методу защищенной горячей пластины, за исключением того, что для измерения теплового потока через образец используются датчики теплового потока, а не основной нагреватель. . Тепловой поток определяется на основе падения температуры внутри терморезистора. Измерители теплового потока используются в диапазоне температур 373–573 К и могут использоваться для пластмасс, керамики, изоляционных материалов и стекла. Основным преимуществом теплосчетчиков является то, что они относительно просты в настройке, однако измерения не отличаются особой точностью.
Какие материалы имеют самую высокую/самую низкую теплопроводность?
Как и ожидалось, материалы, которые хорошо проводят тепло, такие как металлы, имеют более высокую константу теплопроводности, чем материалы, которые не так эффективно проводят тепло, такие как полимеры и дерево.
В группе металлов серебро имеет самую высокую константу теплопроводности, а висмут – самую низкую.
Теплопроводность неметаллических жидкостей значительно ниже теплопроводности металлов, а самая низкая теплопроводность наблюдается у газов. Среди газов водород и гелий обладают относительно высокой теплопроводностью.
Для каких применений требуется высокая/низкая теплопроводность?
Материалы с фазовым переходом, используемые для аккумулирования тепловой энергии, таких как системы отопления и охлаждения, должны иметь высокую теплопроводность, чтобы максимизировать эффективность, тогда как материалы с низкой теплопроводностью обычно используются для теплоизоляции.
Теплообменники: медь или нержавеющая сталь
Многие устройства HVAC имеют компонент, известный как «теплообменник». Они бывают разных форм, но именно металл, из которого изготовлен ваш теплообменник, часто оказывает наибольшее влияние.
Целью этого куска металла является передача тепла от одной жидкости (например, горячей воды в водонагревателе) к другой (например, к водопроводной воде, текущей к крану).
Существует большой выбор металла, который вы можете использовать для этого теплообменника, от бронзы и титана до латуни и углеродистой стали.
Однако чаще всего используются теплообменники из меди и нержавеющей стали, поскольку они дешевле и при этом очень эффективны. Один из наиболее частых вопросов, которые нам задают наши клиенты, — это несколько вариантов: что лучше: водонагреватель из меди или нержавеющей стали, водонагреватель, бойлер или другой прибор HVAC?
При выборе между медью и нержавеющей сталью домовладельца прежде всего волнует теплопроводность, долговечность и цена.
В этом руководстве мы рассмотрим плюсы и минусы теплообменников из меди и нержавеющей стали.
Что лучше: теплообменники из меди или из нержавеющей стали?
Теплопроводность
Теплопроводность теплообменника определяет, насколько быстро он передает тепло от источника нагрева к распределительной жидкости. В связи с этим теплообменник с медью намного быстрее передает тепло, чем из нержавеющей стали.
Вот основные уровни теплопроводности, измеренные в ваттах на метр до Кельвина, двух разных металлов[1]:
- Медь: до 401
- Нержавеющая сталь: ниже 20
Теплопроводность меди в среднем в 20 раз выше, чем у нержавеющей стали. На практике это означает, что медь может передавать тепло в 20 раз быстрее. Так что, если вам нужен быстрый нагрев, медь пойдет вам на пользу.
Зачем нужно что-то быстро нагревать? Это важный вопрос, который следует задать, если вы выбираете между, скажем, безрезервуарным водонагревателем из меди и нержавеющей стали.
Например, если у вас есть бассейн и вы планируете плавать в осенний день, водонагреватель с медным теплообменником поможет подготовить бассейн намного быстрее. С теплообменником из нержавеющей стали вы можете ждать до 72 часов, прежде чем ваш бассейн нагреется до 10 градусов по Цельсию.
Даже если вам не нужно быстро нагревать вещи, более высокая теплопроводность меди также приводит к более высокой эффективности.
В результате использование теплообменника с медью приведет к снижению затрат на электроэнергию. В конце концов, обогреватель или котел, который должен работать дольше, чтобы нагреть ваш дом, бассейн или водопроводную воду, будет стоить вам дороже.
Долговечность
Долговечность является серьезной проблемой для теплообменников, когда речь идет о таких приборах, как бойлер. Это связано с тем, что конденсационные котлы (самый популярный тип в настоящее время) выделяют агрессивный конденсат, который может разъедать металл в теплообменнике.
Теплообменник, не выдерживающий конденсата, быстро изнашивается и требует затратной по времени и дорогостоящей замены. В результате вы, вероятно, захотите выбрать теплообменник, который может противостоять коррозии в течение длительного времени.
В этом случае явным победителем является нержавеющая сталь. В отличие от стандартной стали, нержавеющая сталь обладает свойством, известным как «пассивация». Это относится к его способности образовывать на себе слой оксида в ответ на контакт с воздухом.
[2]
Этот слой оксида защищает нержавеющую сталь от коррозии и ржавчины, обеспечивая более длительный срок службы по сравнению с обычной сталью. Он идеально подходит для использования в любом теплообменнике, который будет контактировать с коррозионно-активными элементами.
С другой стороны, медь более подвержена коррозии. Конденсат превращает атомы меди в ионы меди, со временем эффективно растворяя металл. Это большая проблема по двум причинам. Во-первых, из-за меньшей продолжительности жизни; затем, потому что корродированный медный теплообменник теряет эффективность.
Принимая во внимание, что более высокая эффективность и теплопроводность были преимуществом для меди, она уменьшала баланс наоборот.
Цена
Медь, как правило, дешевле нержавеющей стали при покупке в том же количестве, и это верно при использовании в теплообменниках. Хотя это может побудить вас приобрести медь для теплообменника, помните, что она гораздо менее долговечна. Вам придется покупать больше заменителей меди, чтобы поддерживать уровень ее эффективности.
В результате медь может оказаться дороже в долгосрочной перспективе.
Как правило, производители теплообменников предлагают медь по умолчанию, потому что она дешевле. Эти компании знают о компромиссе между стоимостью и сроком службы, где стоимость — это вопрос «плати сейчас или плати потом». Вы либо платите больше авансом за теплообменник из нержавеющей стали, который прослужит дольше, либо платите позже, чтобы заменить медный теплообменник раньше.
В целом
Окончательный выбор сводится к тому, мыслите ли вы в долгосрочной или краткосрочной перспективе. Если вы планируете повысить ценность своего дома, установив высококачественное оборудование HVAC, выберите долгосрочный вариант. (например, газовые котлы и теплообменники из нержавеющей стали). Долгосрочный вариант сэкономит вам деньги и снизит потребность в обслуживании и замене ОВКВ.
Таким образом, должно быть очевидно, что нержавеющая сталь, более дорогая из двух металлов, лучше подходит для долгосрочных мыслителей.
Кондуктивная теплопередача
Теплопроводность как теплопередача имеет место, если существует температурный градиент в твердой или стационарной жидкой среде.
С передачей энергии проводимости от более энергичных молекул к менее энергичным при столкновении соседних молекул. Тепло течет в направлении уменьшения температуры, поскольку более высокие температуры связаны с более высокой молекулярной энергией.
Кондуктивная теплопередача может быть выражена с помощью ” Закона Фурье “
Q = (K/S) A DT
= U A DT (1)
, где
Q = тепловая передача (W, J/S, BTU/HR) .
k = Теплопроводность материала (Вт/м·К или Вт/м o C, БТЕ/(ч o F ft 2 /фут))
s = толщина материала (м, ft)
A = площадь теплопередачи (м 2 , ft 2 )
U = K/S
= коэффициент теплопередачи (W/(M 2 K), BTU/(FT 2 H O F) 9 1 H O F) 9 1.
DT = T 1 – T 2= градиент температуры – Разница – над материалом ( O C, O F)
- Вычисляйте в целом. значение
Пример – кондуктивная теплопередача
Плоская стена изготовлена из твердого железа с теплопроводностью 70 Вт/м o C. 1 м. Температура 150 o C с одной стороны поверхности и 80 o C с другой.
Можно рассчитать кондуктивную теплопередачу через стену
q = [(70 Вт/м o C) / (0,05 м) ] [(1 м) (1 м)] [(150 o C) – (80 o C) ]
= 98000 (Вт)
= 98 (кВт)
Калькулятор теплопередачи.
С помощью этого калькулятора можно рассчитать кондуктивную теплопередачу через стену. Калькулятор является универсальным и может использоваться как для метрических, так и для имперских единиц, если использование единиц согласовано.
- Calculate overall heat transfer inclusive convection
k – thermal conductivity (W/(mK), Btu/(hr o F ft 2 /ft))
A – area (m 2 , ft 2 )
t 1 – temperature 1 ( o C, o F)
t 2 – температура 2 ( o C, o F)
s – толщина материала (м, фут)
Кондуктивная теплопередача через плоскую поверхность или стену heat conducted through a wall with layers in thermal contact can be calculated as
q = dT A / ((s 1 / k 1 ) + (s 2 / k 2 ) + … + (s n / k n )) (2)
where
dT = t 1 – t 2
= temperature difference between inside and outside wall ( o C, o F)
Обратите внимание, что тепловое сопротивление за счет поверхностной конвекции и излучения не включено в это уравнение.
Конвекция и излучение в целом оказывают большое влияние на общие коэффициенты теплопередачи.
Пример – кондуктивная теплопередача через стенку печи
Стенка печи из 1 м 2 состоит из толщиной 1,2 см внутреннего слоя из нержавеющей стали, покрытого 5 см внешним изоляционным слоем из изоляционной плиты. Температура внутренней поверхности стали составляет 800 K и температура наружной поверхности изоляционной плиты 350 K . Теплопроводность нержавеющей стали составляет 19 Вт/(м·К) , а теплопроводность изоляционной плиты составляет 0,7 Вт/(м·К) .
Кондуктивный перенос тепла через слоистую стенку можно рассчитать как / (19 Вт/(м·К) )] + [((0,05 м) / (0,7 Вт / (M K))] )
= 6245 (W)
= 6,25 KW. Блок теплопроводности
85984 kcal/(h m o C) = 0.5779 БТЕ/(фут ч o F) = 0,048 БТЕ/(дюйм ч o F) = 6,935 (БТЕ дюйм)/(фут² ч °F)
Коэффициент теплового расширения и вашей системы отопления
от: admin -06 мая, 2021
. Крышка на банке с маринованными огурцами невероятно плотная, но когда вы заливаете банку горячей водой, вы можете легко открутить крышку. Металлическая крышка расширяется больше, чем стеклянная банка, что является простой иллюстрацией того, как материалы при нагревании расширяются с разной скоростью. Взаимосвязь того, как материалы расширяются или сжимаются при изменении температуры, определяется коэффициентом теплового расширения или КТР этих материалов и является критическим фактором при проектировании нагревателя.
Определить подходящие материалы для нагревателя не так просто, как пролить теплую воду на металлическую крышку.
Коэффициент теплового расширения является критическим фактором при соединении разнородных материалов в системе. С помощью представителей Watlow вы можете быть уверены, что ваша система рассчитана на успех, эффективность и долгий срок службы.
Что такое коэффициент теплового расширения?
Чтобы понять науку о коэффициенте теплового расширения (КТР), необходимо сначала понять основы теплового расширения. Изменения физических свойств, таких как форма, площадь, объем и плотность, происходят во время теплового расширения. Каждый материал или металл/металлический сплав будет иметь немного разную скорость расширения. Таким образом, КТР — это относительное расширение или сжатие материалов, вызванное изменением температуры.
Металлы, керамика и другие материалы имеют уникальные коэффициенты теплового расширения и не расширяются и не сжимаются с одинаковой скоростью. Например, если объем сечения алюминия и сечения керамики равен и нагревается от X до Y градусов, алюминий может увеличиться в размерах в четыре раза по сравнению с керамикой.
Хотя это может показаться незначительной разницей, такие вариации могут вызвать катастрофический сбой в тепловой системе.
Нагреватели с металлической оболочкой, такие как патронные или трубчатые нагреватели, изготавливаются из различных металлических сплавов, тщательно подобранных для каждого применения. КТР этих материалов всегда следует учитывать на этапе проектирования проекта.
Расчет коэффициента теплового расширения
Коэффициент теплового расширения определяется по следующей формуле:
ΔL = αL(ΔT)
В этом уравнении ΔL представляет собой изменение длины в интересующем направлении; L равна начальной длине материала в интересующем направлении; ΔT – разница температур от начала до конца. α представляет собой КТР и может быть определен из различных баз данных материалов.
Важно отметить: все единицы уравнения должны быть согласованы в градусах Цельсия или Фаренгейта, поскольку для каждой системы измерения существует два разных набора коэффициентов.
Что происходит при нагревании материалов?
При нагревании или охлаждении металлов или керамики вещество расширяется или сжимается в зависимости от материала и температуры, при которой оно нагревается. Если материал ограничен, это напряжение может быть разрушительным, поскольку при тепловом расширении может создаваться огромная сила.
Рассмотрим железнодорожные пути. Современные железнодорожные пути изготавливаются из горячекатаного железа. По мере установки пути железнодорожники оставляют пространство между каждым рельсом. Это пространство позволяет трассе расширяться, поскольку она подвергается воздействию жаркого летнего солнца. Без достаточного расстояния железная дорога может деформироваться, что может привести к сходу с рельсов.
Проезжие мосты имеют аналогичную функцию с мостовыми соединениями. Температура мостов меняется быстрее, чем температура дорог. Соединение моста позволяет частям моста расширяться и сжиматься с соответствующей скоростью. Без мостового соединения мост может быть поврежден или разрушен в результате расширения или сжатия.
При проектировании тепловой системы, в которой необходим нагреватель, крайне важно учитывать перемещение материалов внутри системы. Как показывают приведенные выше примеры, отсутствие учета коэффициента теплового расширения может иметь разрушительные последствия для системы. Хотя сбой в вашей системе может не попасть в заголовки местной газеты, как сход поезда с рельсов, простои обходятся дорого и заставляют ваш бизнес пытаться решить проблему.
Опасность использования материалов с разным КТР
Использование материалов с разным КТР в одном и том же приложении может быть проблематичным. Например, если при тепловом расширении генерируется достаточная сила, повреждение системы нагревателя может вызвать достаточное усилие, чтобы вызвать катастрофический отказ системы и потенциально травмировать рабочих.
Несоответствие CTE может привести к повреждению обогреваемой системы. Когда материалы с разным коэффициентом теплового расширения используются вместе в одном и том же нагревательном устройстве, они могут испытывать такие повреждения, как истирание, истирание, изгиб, растрескивание или коробление.
Истирание возникает, когда два материала трутся друг о друга, что приводит к ухудшению качества поверхности материалов. Истирание возникает, когда определенные материалы трутся друг о друга и образуют связь, например холодный сварной шов, вызывающий необратимое повреждение.
У многих клиентов Watlow очень сложные тепловые системы. Повреждение нагревателя может привести к снижению производительности системы или ее отключению. В бизнесе время – деньги, и потеря системы даже на пару часов может стоить предприятию сотни тысяч долларов.
Расчет и учет КТР различных материалов, вовлеченных в термический процесс, является одним из многих способов, с помощью которых компания Watlow может помочь инженерам-конструкторам решить эти проблемы.
Другие соображения при выборе металлов
Несмотря на то, что коэффициент теплового расширения является жизненно важным фактором проектирования, необходимо учитывать множество других соображений. Работая со специалистом Watlow, мы рассмотрим уникальные переменные вашей системы.
Мы предоставляем информацию и варианты по всем аспектам термической системы и материалов, в том числе:
Скорость изменения температуры: Скорость изменения температуры с течением времени, скорость изменения скорости включает скорость, с которой материал нагревается. Нагреватель, из-за которого одна часть системы нагревается больше, чем другая (так называемая «тепловая неоднородность»), может создавать проблемы, даже если материал имеет совместимый коэффициент теплового расширения. Если тепловая энергия не может равномерно распределяться по всем компонентам системы, расширение может происходить с неравномерной скоростью.
Свойства металла: Понимание других свойств металла также имеет решающее значение. Например, алюминий имеет один из самых высоких показателей теплопроводности. Однако алюминий плавится при гораздо более низкой температуре по сравнению с другими металлами. Система, которую необходимо нагреть, скажем, до 1500ºF, оставит в системе лужу алюминия.
Другим примером является титан, который имеет низкую теплопроводность. Титан может расширяться не так сильно, как другие материалы, но он действует почти как изоляция, а не как проводник тепла.
Стоимость по сравнению со сроком службы системы: При проектировании системы можно учитывать стоимость. Некоторые материалы дороже других. Однако более дорогое вещество может служить в 10 раз дольше, чем менее дорогой материал, поэтому важно понимать качество и срок службы.
Подходящие материалы и лучшая информация
Представители Watlow готовы оценить вашу систему и предоставить ценный опыт и рекомендации по оптимальному типу, размеру и форме материалов для вашего применения. Наша команда поможет вам избежать любых проблем, которые могут быть вызваны тепловым расширением или сжатием. Позвольте нашим опытным специалистам позаботиться о том, чтобы ваша система отопления была хорошо спроектирована и служила вам долгие годы.
Свяжитесь с представителем Watlow® сегодня, чтобы узнать больше о коэффициенте теплового расширения и о том, как он применим к вашей системе.