Коэффициент теплопроводности материалов

Полезное видео

Теплопередача в однородном ограждении при установившемся потоке тепла

Представим
себе условную ограждающую конструкцию,
состоящую из однородного материала,
через которую в холодное время года
проходит постоянный тепловой поток. В
этом случае график распределения
температуры внутри ограждения выглядит
следующим образом (рис. 1).

Рис.
1. Распределение температур в однородной
ограждающей конструкции при постоянном
тепловом потоке

При
передаче тепла через ограждающую
конструкцию происходит падение
температуры от t_вдо
t_н.
При этом общий температурный перепад
t_в—
t_нсостоит
из суммы трех температурных перепадов:

1. температурный
   перепад t_в-τ_в
   возникает из-за того, что температура
   внутренней поверхности ограждения τ_в
   всегда
   на несколько градусов ниже, чем
   температура воздуха в помещении t_в;

2. τ_в-τ_н—
   температурный перепад в пределах
   толщины ограждающей конструкции;

3. τ_н—t_н
   — температурный перепад, возникающий
   вследствие того, что температура
   наружной поверхности ограждения τ_ннесколько
   выше температуры наружного воздуха
   t_н.

Каждый
из этих температурных перепадов вызван
конкретным сопротивлением переносу
тепла:

1. перепадt_в-τ_в—
   сопротивлением
   тепловосприятию
   внутренней поверхности ограждения R_в;

2. перепад
   τ_в-τ_н—
   термическим
   сопротивлением конструкции R_к;

3. перепад
   τ_н—t_н
   — сопротивлением
   теплоотдаче
   наружной поверхности ограждения R_н.

Сопротивления
тепловосприятию и теплоотдаче иногда
называют сопротивлениями теплообмену;
они имеют такую же размерность, как и
термическое сопротивление, т. е. м2·
оС/Вт.

Общее
(приведенное) термическое сопротивление
однослойной ограждающей конструкции
R_o,
м2·
оС/Вт,
равно сумме всех отдельных сопротивлений,
т. е.

,
(3)

где
α_в—
коэффициент теплоотдачи внутренней
поверхности ограждающих конструкций,
Вт/(м2·оС),
определяемый по табл. 4* , см. также
табл. 5 настоящего пособия;

α_н—
коэффициент теплоотдачи наружной
поверхности ограждающих конструкций,
Вт/(м2·оС),
определяемый по табл. 6* , см. также
табл. 6 настоящего пособия;

R_к—
термическое сопротивление однослойной
конструкции, определяемое по формуле
(2).

Полки для ванных комнат: виды, материалы и стилевое оформление

Видео-инструкция

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.

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 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

Основные параметры, от которых зависит величина теплопроводности

Не все строительные материалы одинаково теплоэффективны. На это влияют следующие факторы:

Пористая структура материала говорит о том, что подобное строение неоднородно, а поры наполнены воздухом. Тепловые массы, перемещаясь через такие прослойки, теряют минимум своей энергии. Поэтому пенобетон именно с замкнутыми порами считается хорошим теплоизолятором.

Повышенная плотность материала гарантирует более тесную взаимосвязь частиц друг с другом. Соответственно, уравновешивание температурного баланса происходит намного быстрее. По этой причине плотный материал обладает большим коэффициентом проводимости тепла. Поэтому железобетон считается одним из самых «холодных» материалов.

Влажность – злокачественный фактор, повышающий скорость прохождения тепла

Поэтому так важно качественно произвести гидроизоляцию необходимых узлов здания, грамотно организовать вентиляцию и использовать максимально инертные к намоканию строительные материалы.

«Холодно, холодно и сыро. Не пойму, что же в нас остыло…» Даже Согдиана знает о том, что сырость и холод − вечные соседи, от которых не спрячешься в тёплом свитере

Зная, что такое проводимость тепла, и какие факторы на неё влияют, можно смело пробовать применять свои знания для расчётов будущих строительных конструкций. Для этого нужно знать коэффициенты используемых материалов.

Методы определения КТП

Существует 2 метода определения КТП:

1. Стационарный – предполагает работу с параметрами, которые не будут изменяться в течение длительного времени или изменяющиеся незначительно. Преимущество этого метода в высокой точности вычисления результата. К недостаткам относится сложность регулировки эксперимента, большое количество используемых термопар, а также длительность затраченного времени на подготовку и проведение опыта. Этот метод подходит для вычисления КТП жидкостей и газов, если не учитывать передачу энергии конвекцией и излучением. 
2. Нестационарный – визуально выглядит более простой и требует для выполнения от 10 до 30 минут. Нашла своё широкое применение из-за того, что в процессе исследования можно узнать не только КТП, но и температурную проводимость, а также теплоёмкость образца. 

Для проведения анализа теплопроводности строительных материалов применяются электронные приборы, например, ИТП-МГ4 «Зонд». Такие средства для вычисления КТП отличаются рабочим диапазоном температур, а также процентом погрешности.
 

Видео описание

Как выполняется вычисление КТП с помощью электронного прибора, смотрите в видео:

Таблица тепловой эффективности материалов

Большинство сырья, которое используется при строительстве, не нуждается в самостоятельном измерении КТП. Для этого существует таблица теплопроводности материалов, которая показывает основные характеристики, требуемые для расчёта тепловой эффективности. 

Материал	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м*градусы)	ТеплоёмкостьДж/(кг*градусы)
Железобетон	2500	1,7	840
Бетон на гравии или щебне из природного камня	2400	1,51	840
Керамзитобетон лёгкий	500-1200	1,19-0,45	840
Кирпич строительный	800-1500	0,24-0,3	800
Силикатный кирпич	1000-2200	0,51-1,29	750-840
Железо	7870	70-80	450
Пенополистирол Пеноплэкс	110-140	0,042-0,05	1600
Плиты минераловатные	150-250	0,043-0,063	—

Большинство материалов отличается по своему составу. Например, теплопроводность кирпича зависит от того, из чего он сделан. Клинкерный имеет КТП от 0,8 до 1,6, а кремнезёмный 0,15. Также есть отличия по методу изготовления и стандартам ГОСТ. 

Пенополистирол разной толщиныИсточник cmp24.com.ua

Коротко о главном

Коэффициент теплопроводности – это скорость передачи тепла через материал в течение определённого времени.

Знание КТП нужно для улучшения тепловой эффективности конструкции. Например, если она должна быстро отдавать тепло, то её нужно делать из сырья с высокой передачей энергии, а для закрытых помещений наоборот нужны дополнительные утеплители. Это поможет сэкономить деньги на отоплении.

На теплопроводность материала влияет его плотность, влажность и волокнистость.
 

Сопротивление в композитной стене

Параллельное тепловое сопротивление

Как и в случае с электрическими цепями, полное тепловое сопротивление для установившегося режима можно рассчитать следующим образом.

Параллельное тепловое сопротивление в композитных стенах

Общее термическое сопротивление

1Rtot=1RB+1RC{\displaystyle {{1 \over R_{\rm {tot}}}={1 \over R_{B}}+{1 \over R_{C}}}}          (1)

Упрощая уравнение, получаем

Rtot=RBRCRB+RC{\displaystyle {R_{\rm {tot}}={R_{B}R_{C} \over R_{B}+R_{C}}}}          (2)

Учитывая термическое сопротивление проводимости, получаем

Rt,cond=L(kb+kc)A{\displaystyle {R_{t,{\rm {cond}}}={L \over (k_{b}+k_{c})A}}}          (3)

Сопротивление последовательно и параллельно

Часто целесообразно предполагать одномерные условия, хотя тепловой поток многомерный. Теперь для этого случая можно использовать две разные схемы. Для случая (а) (показанного на рисунке) мы предполагаем изотермические поверхности для тех, которые нормальны к направлению x, тогда как для случая (b) мы предполагаем адиабатические поверхности, параллельные направлению x. Мы можем получить разные результаты для общего сопротивления, и соответствующие фактические значения теплопередачи заключены в скобки . Когда многомерные эффекты становятся более значительными, эти различия увеличиваются с увеличением .ртот{\ displaystyle {R_ {tot}}}q{\ displaystyle {q}}|kж-kграмм|{\ displaystyle {| k_ {f} -k_ {g} |}}

Эквивалентные тепловые схемы для последовательно-параллельной композитной стены

Радиальные системы

Сферические и цилиндрические системы можно рассматривать как одномерные из-за температурных градиентов в радиальном направлении. Стандартный метод может использоваться для анализа радиальных систем в условиях установившегося состояния, начиная с соответствующей формы уравнения теплопроводности, или альтернативный метод, начиная с соответствующей формы закона Фурье . Для полого цилиндра в установившемся режиме без тепловыделения соответствующая форма уравнения теплопроводности имеет вид

1rddr(krdTdr)={\displaystyle {{1 \over r}{d \over dr}\left(kr{dT \over dr}\right)=0}}          (4)

Где рассматривается как переменная. При рассмотрении соответствующей формы закона Фурье физическое значение рассмотрения как переменной становится очевидным, когда скорость, с которой энергия проходит через цилиндрическую поверхность, представлена ​​как
k{\ displaystyle {k}}k{\ displaystyle {k}}

qr=−kAdTdr=−k(2πrL)dTdr{\displaystyle {q_{r}=-kA{dT \over dr}=-k(2\pi rL){dT \over dr}}}          (5)

Где область, перпендикулярная направлению теплопередачи. Уравнение 1 подразумевает, что величина не зависит от радиуса , из уравнения 5 следует, что скорость теплопередачи является постоянной в радиальном направлении.
Азнак равно2πрL{\ displaystyle {A = 2 \ pi rL}}kр(dТdр){\ displaystyle {kr (dT / dr)}}р{\ displaystyle {r}}qр{\ displaystyle {q_ {r}}}

Полый цилиндр с условиями конвективной поверхности по теплопроводности

Чтобы определить распределение температуры в цилиндре, можно решить уравнение 4, применив соответствующие граничные условия . В предположении, что постоянно
k{\ displaystyle {k}}

T(r)=C1ln⁡r+C2{\displaystyle {T(r)=C_{1}\ln r+C_{2}}}          (6)

Используя следующие граничные условия, можно вычислить
константы иC1{\ displaystyle {C_ {1}}}C2{\ displaystyle {C_ {2}}}

T(r1)=Ts,1{\displaystyle {T(r_{1})=T_{s,1}}}          and          T(r2)=Ts,2{\displaystyle {T(r_{2})=T_{s,2}}}

Общее решение дает нам

Ts,1=C1ln⁡r1+C2{\displaystyle {T_{s,1}=C_{1}\ln r_{1}+C_{2}}}          and          Ts,2=C1ln⁡r2+C2{\displaystyle {T_{s,2}=C_{1}\ln r_{2}+C_{2}}}

Решение для и и подставляя в общее решение, получим
C1{\ displaystyle {C_ {1}}}C2{\ displaystyle {C_ {2}}}

T(r)=Ts,1−Ts,2ln⁡(r1r2)ln⁡(rr2)+Ts,2{\displaystyle {T(r)={T_{s,1}-T_{s,2} \over {\ln(r_{1}/r_{2})}}\ln \left({r \over r_{2}}\right)+T_{s,2}}}          (7)

Логарифмическое распределение температуры схематично показано на вставке эскизного рисунка. Предполагая, что распределение температуры, уравнение 7, используется с законом Фурье в уравнении 5, скорость теплопередачи может быть выражена в следующей форме

Qr=2πLk(Ts,1−Ts,2)ln⁡(r2r1){\displaystyle {Q_{r}={2\pi Lk(T_{s,1}-T_{s,2}) \over \ln(r_{2}/r_{1})}}}

Наконец, для радиальной проводимости в цилиндрической стенке тепловое сопротивление имеет вид

Rt,cond=ln⁡(r2r1)2πLk{\displaystyle {R_{t,\mathrm {cond} }={\ln(r_{2}/r_{1}) \over 2\pi Lk}}} such that r2>r1{\displaystyle {r_{2}>r_{1}}}

Теплопроводность древесины и строительных материалов, строительных металлов, инея, льда и снега.

Теплопроводность древесины и строительных материалов, строительных металлов, инея, льда и снега.

Теплопроводность древесины (при -30/+40°C): Теплопроводность древесины .
Береза	150
Дуб (поперек волокон)	200
Дуб (вдоль волокон)	400
Ель	110
Кедр	95
Клен	190
Лиственница	130
Липа	150
Пихта	150
Пробковое дерево	45
Сосна (поперек волокон)	150
Сосна (вдоль волокон)	400
Тополь	170

Коэффициенты теплопроводности строительных металлов (при -30/+40°C) . Теплопроводность строительных металлов.

Материал	в 10 -3 Вт/(м·К) = в мВт/(м·К)
Сталь	52000
Медь	380000
Латунь	110000
Чугун	56000
Алюминий	230000
Дюралюминий	160000

Коэффициенты теплопроводности инея, льда и снега. Теплопроводность инея, льда и снега.

Материал	в 10 -3 Вт/(м·К) = в мВт/(м·К)
Иней	470
Лед 0°С	2210
Лед -20°С	2440
Лед -60°С	2910
Снег	1500

Теплопроводность строительных материалов (при -30/+40°C): Теплопроводность строительных материалов.

Алебастр	270 — 470
Асбест волокнистый	160 — 240
Асбестовая ткань	120
Асбест (асбестовый шифер)	350
Асбестоцемент	1760
Асфальт в крышах	720
Асфальт в полах	800
Пенобетон	110 — 700
Бакелит	230
Бетон сплошной	1750
Бетон пористый	1400
Битум	470
Бумага	140
Железобетон	1700
Вата минеральная	40 — 55
Войлок строительный	44
Гипс строительный	350
Глинозем	2330
Гранит, базальт	3500
Грунт сухой глинистый	850 — 1700
Грунт сухой утрамбованный	1050
Грунт песчаный сухой =0% влаги / очень мокрый =20% влаги	1100 — 2100
Грунт сухой	400
Гудрон	300
Железобетон	1550
Известняк	1700
Камень	1400
Камышит	105
Картон плотный	230
Картон гофрированный	70
Кирпич красный	450 — 650
Кладка из красного кирпича на цементно-песчаном растворе	810
Кирпич силикатный	800
Кладка из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе	870
Кладка из силикатного одиннадцатипустотного кирпича	810
Кирпич шлаковый	580
Кладка из керамического пустотного кирпича (1300 кг/м3)	580
ПВХ поливинилхлорид — «сайдинг»	190
Пеностекло	75 — 110
Пергамин	170
Песчаник обожженный	1500
Песок обычный	930
Песок 0% влажности — очень сухой	330
Песок 10% влажности — мокрый	970
Песок 20% влажности — очень очень мокрый	1330
Плитка облицовочная	10500
Раствор цементный	470
Раствор цементно-песчаный	1200
Резина	150
Рубероид	170
Сланец	2100
Стекло	1150
Стекловата	52
Стекловолокно	40
Толь бумажный	230
Торфоплита	65 — 75
Фанера	150
Шлакобетон	700
Штукатурка сухая	210-790
Засыпка из гравия	360-930
Засыпка из золы	150
Засыпка из опилок	93
Засыпка из стружки	120
Засыпка из шлака	190 — 330
Цементные плиты, цемент	1920

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

Статья по теме: Мир зазеркалья: Зеркальные стены в интерьере (55 фото)

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2019, 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

Преимущества и недостатки

Применение понятий в строительстве

Для того чтобы определить теплоизоляционные свойства того или иного строительного материала, используют коэффициент сопротивления теплопередаче. Его значение для различных материалов дается практически во всех строительных справочниках.

Так как большинство современных зданий имеет многослойную структуру стен, состоящую из нескольких слоев различных материалов (внешняя штукатурка, утеплитель, стена, внутренняя штукатурка), то вводится такое понятие, как приведенное сопротивление теплопередаче. Оно рассчитывается так же, но в расчетах берется однородный аналог многослойной стены, пропускающий то же количество тепла за определенное время и при одинаковой разности температур внутри помещения и снаружи.

Приведенное сопротивление рассчитывается не на 1 м кв., а на всю конструкцию или какую-то ее часть. Оно обобщает показатель теплопроводности всех материалов стены.

дальнейшее чтение

По этой теме существует большое количество литературы. В общем, работает , используя термин «термическое сопротивление» более инженерно-ориентированный, в то время работ с использованием термина теплопроводности больше Физика-ориентированным. Следующие книги являются репрезентативными, но их можно легко заменить.

• Терри М. Тритт, изд. (2004). Теплопроводность: теория, свойства и приложения . Springer Science & Business Media. ISBN 978-0-306-48327-1.
• Юнес Шабани (2011). Теплообмен: тепловое управление электроникой . CRC Press. ISBN 978-1-4398-1468-0.
• Синцунь Колин Тонг (2011). Современные материалы для терморегулирования электронных корпусов . Springer Science & Business Media. ISBN 978-1-4419-7759-5.

Особенности обслуживания дымохода

Дымоход буржуйки нуждается в обслуживании – осмотре внешнего состояния конструкции и очистке внутреннего пространства трубы. Частота обслуживания полностью зависит от материала.

Если это асбестоцементный дымоход – то его предстоит чаще прочищать. Все из-за шероховатой внутренней поверхности трубы, где с удвоенной силой накапливается сажа.

Также асбестовый дымоход, если его установили для отвода дыма из буржуйки, в скором времени может покрыться пятнами или и вовсе разорваться в процессе эксплуатации. Это приведет к дополнительным тратам – потребуется замена трубы дымохода.

Пятна, появляющиеся на асбестовой трубе, не только создают неприятное впечатление своим внешним видом, но и являются предвестниками появления неприятных запахов

Для металлического дымохода частота проведения чистки трубы в среднем составляет 1 раз в год

Также важно проводить осмотр внешнего состояния материала – вполне возможно, что некоторые участки могут прогореть

Чтобы удалить сажу из металлической трубы, можно:

• сжечь осиновые дрова;
• обработать сжигаемые поленья специальным химическим составом, который несложно купить;
• изготовить крюк для деликатного удаления сажи.

Составы для избавления от сажи отличаются простотой в использовании. Они не требуют особых навыков – достаточно обработать дрова средством из пакетика и разжечь буржуйку, как обычно. Продукты сгорания не будут содержать вредных для здоровья примесей. Это безопасный способ прочистки металлической трубы.

Расход средства и способ его нанесения на поленья указан в инструкции производителя

Важно внимательно прочесть рекомендации и четко их выполнить. В металлической трубе, отводящей дым, сажа чаще всего накапливается на участке, проходящем горизонтально

В металлической трубе, отводящей дым, сажа чаще всего накапливается на участке, проходящем горизонтально.

Опытные пользователи таких дымоходов нашли удобное решение – просверлить небольшое отверстие и соорудить крюкообразную конструкцию для удаления сажи. Таким приспособлением стенки трубы не удастся повредить, а прочистить накопившуюся гарь получится.

Крюкообразная конструкция проста в изготовлении, да и применять ее довольно удобно. Чаще всего это участок трубопровода, находящийся на улице

Тщательный осмотр внешнего состояния дымохода позволит вовремя диагностировать потребность в замене того или иного участка. Не стоит пренебрегать этой мерой – ведь сквозь дыры в дымоходе дым будет идти в помещение, а дальнейшая эксплуатация отопительного прибора станет невозможна.

Регулярная очистка внутренних стенок от сажи поможет продлить срок службы трубопровода, отводящего дым. Да и тяга всегда будет на нужном уровне, что положительно влияет на эффективность работы буржуйки.

Теплопроводность

Любой материал способен проводить тепло. Этот процесс осуществляется за счет движения частиц, которые и передают изменение температуры. Чем они ближе друг к другу, тем процесс теплообмена происходит быстрее. Таким образом, более плотные материалы и вещества гораздо быстрее охлаждаются или нагреваются. Именно от плотности прежде всего зависит интенсивность теплопередачи. Она численно выражается через коэффициент теплопроводности. Он обозначается символом λ и измеряется в Вт/(м*°C). Чем выше этот коэффициент, тем выше теплопроводность материала. Обратной величиной для коэффициента теплопроводности является тепловое сопротивление. Оно измеряется в (м2*°C)/Вт и обозначается буквой R.

Тепловое сопротивление кристалл — окружающая среда

14.04.2014 | Рубрика: Параметры ОУ

Параметры операционного усилителя — Тепловое сопротивление кристалл — окружающая среда

Тепловое сопротивление кристалл — окружающая среда (θ_JA) определяется как отношение разности температур между кристаллом и окружающей прибор средой к рассеиваемой прибором мощности. Измеряется тепловое сопротивление в градусах Цельсия на ватт.

Тепловое сопротивление между кристаллом и окружающей средой складывается из теплового сопротивления между кристаллом и корпусом (θ_JC) и теплового сопротивления между корпусом и окружающей средой (θ_CA).

θ_JA является лучшим показателем для оценки максимально допустимой рассеиваемой мощности, когда корпус ОУ не имеет тепловой связи с другими элементами конструкции.

Значение θ_JA указывается в справочной документации для различных корпусов ОУ Температуру кристалла ОУ можно рассчитать по формуле

Т_А — температура окружающего воздуха;

T_J — температура кристалла;

P_D — рассеиваемая прибором мощность;

θ_JC — тепловое сопротивление кристалл — корпус;

θ_CH — тепловое сопротивление корпус — радиатор;

θ_HA — тепловое сопротивление радиатор — окружающий воздух;

θ_JA — тепловое сопротивление кристалл — окружающий воздух.

Конструирование радиаторов основывается на результатах измерений их теплового сопротивления θ_HA, выполняемых их изготовителями, и осуществляется по аналогии с электрическими цепями: разность температур при этом эквивалентна разности напряжений, тепловое сопротивление является аналогом электрического сопротивления, а мощность — аналогом тока.

На рисунке приведено сравнение двух радиаторов при двух разных значениях рассеиваемой мощности. Точкой отсчёта является температура окружающего воздуха (0 В для электрического эквивалента). Так как температура внутри корпуса прибора и в разных условиях его работы может изменяться в широких пределах, в качестве Т_А используется максимальное ожидаемое значение температуры окружающего воздуха.

Тепловое сопротивление и его электрический эквивалент.

При выполнении тепловых расчётов первый шаг — это определение температуры радиатора. Для этого надо выделяемую прибором мощность умножить на значение теплового сопротивления радиатор — окружающий воздух. Следующий шаг — определение температуры корпуса прибора и так далее.

Как следует из таблицы, различие тепловых сопротивлений радиатор — окружающая среда и корпус — радиатор приводит к большому различию температур кристаллов при одной и той же рассеиваемой мощности: 37 и 158°С

Отсюда следует, что очень важно правильно выбрать радиатор для эффективного охлаждения мощных приборов

Установка вентиляторов значительно увеличивает эффективность радиаторов. По этой причине практически во всех персональных компьютерах радиатор процессора обдувается вентилятором.

Стандарты измерений

Тепловое сопротивление перехода к воздуху может сильно различаться в зависимости от условий окружающей среды. (Более изощренный способ выразить тот же факт — сказать, что тепловое сопротивление перехода к окружающей среде не зависит от граничных условий (BCI).) JEDEC имеет стандарт (номер JESD51-2) для измерения теплового сопротивления перехода к воздуху. сопротивление электронных блоков при естественной конвекции и другой стандарт (номер JESD51-6) для измерения при принудительной конвекции .

Стандарт JEDEC для измерения теплового сопротивления переход-плата (актуальный для технологии поверхностного монтажа ) был опубликован как JESD51-8.

Стандарт JEDEC для измерения термического сопротивления между переходом и корпусом (JESD51-14) является относительно новым и был опубликован в конце 2010 года; это касается только корпусов, имеющих единый тепловой поток и открытую охлаждающую поверхность.

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
.

Можно ли нарастить мышцы, делая только отжимания? Если нет, как еще можно упражняться дома?

Теплые конструкции, методы, материалы

Для того чтобы повысить сопротивление теплопередаче всей конструкции частного дома, как правило, используют строительные материалы с низким показателем коэффициента теплопроводности. Благодаря внедрению новых технологий в строительстве таких материалов становится все больше. Среди них можно выделить наиболее популярные:

• Дерево.
• Сэндвич-панели.
• Керамический блок.
• Керамзитобетонный блок.
• Газобетонный блок.
• Пеноблок.
• Полистиролбетонный блок и др.

Дерево является весьма теплым, экологически чистым материалом. Поэтому многие при строительстве частного дома останавливают выбор именно на нем. Это может быть как сруб, так и оцилиндрованное бревно или прямоугольный брус. В качестве материала в основном используется сосна, ель или кедр. Тем не менее это довольно капризный материал и требует дополнительных мер защиты от атмосферных воздействий и насекомых.

Сэндвич-панели – это довольно новый продукт на отечественном рынке строительных материалов. Тем не менее его популярность в частном строительстве очень возросла в последнее время. Ведь его основными плюсами является сравнительно невысокая стоимость и хорошее сопротивление теплопередаче. Это достигается за счет его строения. С наружных сторон находится жесткий листовой материал (ОСП-плиты, фанера, металлический профиль), а внутри — вспененный утеплитель или минеральная вата.