Главное меню

Газосиликатные блоки характеристики теплопроводность


расчет стены, сравнение с другими материалами, характеристики

В течение многих десятилетий и даже веков в строительстве отдавалось предпочтение кирпичу, как самому износоустойчивому, прочному и долговечному кладочному материалу. Никто и не оспаривает его достоинств, но при строительстве малоэтажного жилья совсем другие приоритеты. Вряд ли кому-то нужна «крепость» в прямом смысле слова. Главное, чтобы ограждающие конструкции как можно лучше сопротивлялись теплопередаче, с чем успешно справляются ячеистые бетоны. Коэффициент теплопроводности газобетона позволяет строить теплые комфортные частные дома без дополнительного утепления. При этом стены получаются достаточно прочные и долговечные со сроком эксплуатации от 100 лет и выше, срок эксплуатации до первого ремонта от 50 лет.

Активное использование газоблоков в отечественном строительстве началось с середины 20 века, после того, как в Европе смогли создать бетонные панели с плотностью, сниженной до 300 кг/м³. При этом в нашей стране была наработана прогрессивная научно-техническая база по производству и применению газобетона. С началом перестройки была даже принята программа по созданию систем эффективного строительства из автоклавных ячеистых бетонов, и увеличения объёмов их производства путём строительства новых заводов-изготовителей.

В то время выпускали блоки только плотностью 600-700 кг/м³, но девиз программы гласил, что при 7-кратном увеличении количества выпускаемой продукции нужно стремиться к 2-х кратному снижению плотности, что автоматически влекло и снижение теплопроводности газоблока.

С развалом Советского Союза и закрытия многих производственных площадок весь опыт наших инженеров остался на бумаге. Уже в 2000х годах начинают открываться на территории России коммерческие производства с патентами и оборудованием западных компаний. Их число продолжает расти, а это значит, что продукция пользуется спросом и качество построенного из газобетона жилья оказалось на высоте. Именно поэтому теплопроводность и другие характеристики газоблока так интересуют потенциальных застройщиков.

Технология его производства несколько схожа с получением силикатного кирпича: компоненты те же - только к цементу, песку и извести добавляются ещё ингредиенты, провоцирующие процесс порообразования. Это алюминиевая пыль или паста, а также сульфат и гидроксид натрия, взаимодействие которых запускает химическую реакцию с высвобождающимся кислородом.

При этом блоки не подвергаются прессованию, так как требуется получить не максимально плотные, а наоборот, воздухонаполненные изделия. Созревание бетона происходит в автоклавах – камерах, где он в течение 12 часов обрабатывается подаваемым под давлением высокотемпературным паром. Это обеспечивает ускоренное твердение камня и более высокую, чем при естественной гидратации прочность.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

На заметку: В процессе автоклавирования в бетоне образуется новый минерал под названием тоберморит (силикат кальция), который встречается в составе камня базальтовых пород и портландцементе. При реакции с водой он принимает участие в связывании цемента, что позволяет получить более высокую прочность.

По этой причине преимущество на стороне автоклавного газобетона, и обсуждая его характеристики, мы по умолчанию будем вести речь именно о нём.

Представляем таблицу с перечнем положительных свойств газобетона и его недостатков:

Достоинства Недостатки
Низкий коэффициент теплопроводности газоблока. Зависит от марки изделия по плотности, но в среднем составляет 0,14 Вт/м*С, что втрое меньше, чем у керамзитобетона и в 6 раз – чем у полнотелого кирпича. Применяемость. Характеристики, безусловно являющиеся достоинствами материала, можно рассматривать и как недостатки. В частности, из-за относительно невысокой прочности ограничена применяемость поризованного бетона в многоэтажном строительстве. Здесь их используют только для заполнения пролётов несущих каркасов из железобетона.
Теплоемкость газобетона. Цифра характеризует количество тепла, необходимого, чтобы нагреть материал на 1 градус. При условии влажности, не превышающей 5-6%, теплоемкость газобетона d400 составляет не более 1,10 кДж/кг, в абсолютно сухом состоянии - до 0,84, как и у кирпича. Повышенная чувствительность к влаге. Наличие открытых пор делает камень гигроскопичным, а это требует принятия мер для защиты стен от воздействия паров и насыщения водой. Этот недостаток легко нивелируется за счёт правильного структурирования стенового пирога.
Сопротивление теплопередаче газобетона d500 (среднее значение). Чем выше цифра, тем лучше слои материала сопротивляются отдаче тепла. Составляет 2,67 м²*С/Вт при толщине стены 300 мм. Для примера, у кирпичной стены в два кирпича эта цифра составляет всего 1,09 м²*С/Вт. Трещиностойкость. Газобетон – материал довольно хрупкий, и сильно реагирует на перепады температуры и влажности. В результате возникающих напряжений появляются трещины, которые хоть и не ослабляют прочность кладки, но портят её внешний вид. Именно поэтому для ячеистобетонной кладки предусматривают наружное утепление – а не потому, что теплоизоляционные свойства газобетона не позволяют без него обойтись. Примечание: Однако трещины могут появляться и из-за недостаточно жёсткого основания. Поэтому фундаменты для газобетонных домов всегда нужно проектировать в монолите.
Геометрия блоков на самом высоком уровне. Погрешности в параметрах составляют не более 2 мм, что позволяет производить монтаж на тонкий слой клея. При наличии у блоков пазогребневых соединений, вертикальные клеевые швы и вовсе отсутствуют. Морозостойкость. Чем ниже прочность бетонного камня, тем меньше циклов заморозки и оттайки он выдерживает. Газобетон D600 соответствует классу прочности В2,5, что обеспечивает только 25 циклов. Но это распространяется только на незащищённый от увлажнения материал - а в таких условиях даже и кирпич не всегда служит дольше.
Трудоёмкость и скорость возведения стен. Благодаря малому весу и крупному формату блоков, в процессе кладки не приходится пользоваться грузоподъёмными механизмами. Работа продвигается быстро, 1 м² кладки в час – это в 4 раза быстрее, чем с использованием кирпича. Ограничения по выбору материалов для утепления и внешней отделки. Чтобы дать пару беспрепятственно проходить через кладку, не конденсируясь в её толще, коэффициент паропроницаемости каждого следующего слоя в направлении от стены к улице должен быть более высоким.
Экологичность. Больше всего поборников экологичности волнует радиоактивность материала, которая в общепринятой норме составляет 370 Бк/кг. Фон газобетона далеко не дотягивает до этой цифры и составляет чуть больше 50 Бк/кг. У того же кирпича в зависимости от вида глины он варьируется в пределах 126-840 Бк/кг. Необходимость в специальном крепеже. Стены из пористого бетона имеют слабую устойчивость к вырывающим нагрузкам. По этой причине повесить тяжёлый предмет на обычные дюбель-гвозди невозможно. Нужны более дорогие спиральные, распорные или забивные дюбели.
Огнестойкость. Поризованный бетон имеет класс пожарной устойчивости К0 – как не представляющий опасности. Показатель REI (предел огнестойкости) составляет 4 часа при толщине стен более 20 см. Именно столько времени они выдержат воздействие открытого огня без деформации. При этом газобетон не выделяет токсичных веществ. Слабая адгезия. Очень гладкая поверхность блоков снижает сцепляемость бетона со штукатуркой. Делать насечки бучардой, как в случае с тяжёлым бетоном, здесь нежелательно, проще всего использовать грунтовки с кварцевым наполнителем.
Затраты на фундамент. Достаточно высокие, если учесть, что кладка из ячеистого материала чувствительна к подвижкам основания, и надо обязательно заливать монолит. Но высокое сопротивление теплопередаче газобетона позволяет уменьшать толщину стен - а это реальная экономия на количестве бетона.  
Затраты на кладочный материал. Несмотря на то, что клеевая смесь обходится вдвое дороже аналогичного количества обычного ЦПС, за счёт более низкого расхода (в 5-6 раз) получается немалая экономия.  
Простота обработки. С газобетонными блоками легко работать, так как их можно пилить и штробировать ручным инструментом. Камню несложно придать нужную форму, что позволяет быстро изготовить доборный элемент и выкладывать стены радиусной формы.  
Стоимость. Всё, конечно, относительно. Однако по цене кубометр газобетонных блоков в три раза дешевле кирпича и более чем в 5 раз – пиломатериала.  

Перечень недостатков не так велик по сравнению с количеством преимуществ, да и те не столь существенны, чтобы быть помехой для постройки прочного, долговечного, а главное - тёплого жилого дома.

Коэффициент теплопроводности газобетонных блоков, как и любого другого материала, характеризует его возможность проводить тепло. Численно он выражается плотностью теплового потока при определённом температурном градиенте. Способность удерживать тепло зависит от влияния таких факторов, как:

  1. степень паропроницаемости;
  2. плотность материала;
  3. способность усваивать тепло;
  4. коэффициент водопоглощения.

Последнее особенно хорошо видно в представленной ниже таблице:

Марка газобетона по плотности Теплопроводность газоблока в сухом состоянии (Вт/м*С) Коэффициент теплопроводности газобетона при влажности до 6% (ВТ/м*С) Теплоемкость газобетона (Вт/м²*С) за 24 часа Паропроницаемость (мг/м ч Па)
d400 0,09 0,14 3,12 0,23
d500 0,11 0,16 3,12 0,20
d600 0,12 0,18 3,91 0,17
D700 0,14 0,19 3,91 0,16

Как видите, чем более плотная у бетонного камня структура, тем меньше он пропускает пара и больше тепла. Поэтому, выбирая материал для строительства дома, не стоит стремиться покупать блоки с запасом прочности без необходимости.

Теплопроводность газобетонного блока во многом обусловлена структурой материала, который более чем на 80% состоит из заполненных воздухом пор. Воздух является лучшим утеплителем, благодаря его присутствию меняется характеристика бетонного камня. Влажность воздуха тоже оказывает влияние на показатели теплопроводности – они будут тем ниже, чем суше климат.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

Примечание: При стабильно высокой влажности всё преимущество пористого материала может быть сведено к нулю, и его способность пропускать тепло станет такой же, как у кирпича. Поэтому в районах с климатически обусловленной высокой влажностью внешние ограждающие конструкции увеличивают в толщине.

Это же касается и армирующего пояса из тяжёлого бетона. Чтобы он не оказался одним большим мостом холода, монтировать его лучше по несъёмной опалубке. Её роль исполняют газобетонные U-блоки, внутрь которых укладывается арматура и производится уже заливка обычного бетона.

Низкая теплопроводность газобетонных блоков даёт возможность получить экономию не только за счёт уменьшенной толщины стен и ширины фундамента, но и снизить расходы на эксплуатацию дома. Ведь для поддержания комфортной температуры в помещениях будет тратиться гораздо меньше электричества или газа.

Как этого добиться, мы расскажем чуть позже, а пока предлагаем оценить теплопроводность газоблока в сравнении с другими материалами:

Характеристика Газобетон Пенобетон Керамзитобетон Полистиролбетон Пустотелый кирпич Керамоблок Древесина
Плотность кг/м³ 300-600 400-700 850-1800 350-550 1400-1700 400-1000 500
Теплопроводность Вт/м*С 0,08-0,14 0,14-0,22 0,38-0,08 0,1-0,14 0,5 0,18-0,28 0,14

Как видите, теплопроводность газобетона в сравнении с группой популярных теплоэффективных материалов стен соответствует показателю древесины. Из кладочных материалов конкурировать с ним могут только пенобетон и полистиролбетон.

Если теплопроводность газобетона в большинстве случаев обеспечивает комфорт проживания в доме, зачем тогда утеплять стены? Выше уже было сказано, что поризованный материал необходимо защитить от перепадов температур и влажности. Но это лишь один аспект, второй заключается в стремлении снизить расходы на отопление помещений.

Для дачного дома, который в зимнее время практически не эксплуатируется, толщины стен в 200 мм более чем достаточно. Что касается жилья постоянного проживания, то имеет смысл сделать стены более толстыми. Теплопроводность газоблока 30 см будет при аналогичной плотности такой же, но уменьшится количество теплопотерь.

По этой причине, особенно в холодных регионах, для возведения стен берут более толстые блоки. Теплопотери дома из газобетона 375 мм снижаются ещё на треть, и стены получаются гораздо теплее тех нормативов, что применяются в официальном строительстве. При плотности 400 кг/м³ теплопроводность такой кладки составит 0,08 Вт/м*С, а сопротивление передаче тепла установится на уровне 3,26 м²*С/Вт.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

Примечание: Чтобы получить точные цифры, необходимо произвести теплотехнический расчет газобетонной стены, с учётом среднезимних температур, характерных для данной местности. Приобретая типовой, или заказывая индивидуальный проект для будущего дома, заказчик вместе с рабочей документацией получает и такой расчёт.

Однако в частном строительстве многие предпочитают обходиться без проектирования. Для самостоятельного расчёта можно использовать онлайн калькулятор теплопотерь дома из газобетона.

Вот когда газобетонные стены однозначно нуждаются в утеплении:

  1. При плотности блоков d500 и выше.
  2. При толщине стены менее 30 см.
  3. Когда газоблоками производится заполнение пролётов железобетонного каркаса.
  4. Когда кладка производится не на клей, а на раствор.
  5. При использовании неавтоклавных изделий более низкого качества.

В таком случае, автоматически возникает вопрос: чем утеплять?

В силу ячеистой структуры газобетон называют дышащим материалом, в среднем, его коэффициент паропроницаемости составляет 0,20 мг/м*ч*Па (это в 3,5 раза выше, чем у дерева поперёк волокон).

Это значит, что в итоге теплопроводность газоблока окажется выше расчётной, ухудшив теплоэффективность стен в целом.

Минвата – самый надёжный и подходящий по паропроницаемости вариант, её показатели в зависимости от плотности варьируются в пределах 0,30-0,60 мг/м*ч*Па. Это выше, чем у газобетона, поэтому для пара этот утеплитель не создаёт никаких препон.

Здесь важно, чтобы сама минвата не аккумулировала в себе влагу и не отсыревала. Поэтому, поверх неё монтируют паропроницаемую мембрану с ещё большей степенью проходимости. Так же, если для наружной отделки будет использоваться навесной материал или кирпич, для хорошей вентиляции предусматривают технологический зазор.

Если же по утеплителю будет выполняться штукатурка, то её коэффициент паропроницаемости должен быть выше, чем у минваты. При толщине плит в 50 мм, влажность газобетона может достигать 7%. Это хоть и незначительно, но превышает норму, поэтому лучше всего в расчёт закладывать утеплитель толщиной 100 мм.

Эковатой называют рыхлый целлюлозный утеплитель, обработанный для биологической стойкости борной кислотой. У него аналогичный минеральной вате коэффициент паропроницаемости и теоретически он подходит для наружного утепления ячеистобетонных стен.

Мнение эксперта
Виталий Кудряшов

строитель, начинающий автор

Внимание: На практике же любой насыпной материал неудобен для утепления стен, так как имеет способность самоуплотняться, в результате чего в теплоизоляционной прослойке образуются пустоты. Эковата сильнее минваты подвержена сорбционному увлажнению, поэтому проектировщиками в качестве материала для утепления стен она вообще не рассматривается.

Существует такое понятие, как тёплая штукатурка, которая получила своё название за счёт применения в качестве крупного заполнителя гранул перлита или пеностекла – материалов, которые сами по себе являются утеплителем. Если вы взяли для строительства дома блоки толщиной 375 мм, можно прекрасно обойтись теплоизоляционной штукатуркой, используя её и внутри, и снаружи.

Для внутренних работ применяют составы на основе цемента, гипса или извести с более низкой паропроницаемостью. Фасадные штукатурки имеют цементно-карбонатно-перлитовый состав с коэффициентом паропроницаемости 0,17 мг/м*ч*Па. Это немного меньше, чем у газобетона, но учитывая его толщину и наличие почти непроницаемого слоя штукатурки внутри, стена будет работать как надо.

Вопрос, как правильно утеплять дом из газобетона, является одним из самых важных, потому что от выбора теплоизоляционного материала зависит и долговечность конструкций, и комфорт эксплуатации жилья в целом. Надеемся, что представленная здесь информация окажется полезной, хотя окончательное решение, конечно же, остаётся за вами.

Теплопроводность газосиликатных блоков в сравнении с другими материалами

Способность к эффективному удержанию тепла внутри помещений играет ключевую роль при выборе материалов для возведения наружных стен зданий, характеристики, отражающие ее в количественном выражении, обязательно учитываются при проведении расчета их толщины. Неизменно высокие результаты показывают газосиликатные блоки и плиты, обеспечивающие низкую термопередачу при минимальной нагрузке на основание и достаточно хорошей прочности.

Определение и влияние на другие характеристики

В количественном выражении отражает способность газосиликата проводить тепло с учетом его постоянного агрегатного состояния и условий эксплуатации. По сути является аналогом электропроводимости: чем она выше, тем активнее происходит теплообмен. Существует прямая связь между толщиной строительных конструкций, удельным весом и структурой их основы и показателем термопередачи.

Пористые и удерживающие внутри воздух блоки или плиты в сухом виде имеют неизменно низкую теплопроводность, уплотненные разновидности – наоборот.

Обратная величина этой характеристики – способность к препятствованию прохождения тепла сквозь структуру: чем она выше, тем лучше элементы подходят для утепления или постройки энергосберегающих сооружений. По этой причине для организации отвода или теплопередачи используются элементы из стали или алюминия, имеющие крайне низкое термическое сопротивление, а при необходимости поддержки определенного режима внутри – стройматериалы с ячеистой или волокнистой структурой: дерево, минвата, газосиликат или пенобетон, поризованная или пустотелая керамика, пенопласт, ППУ, эковата.

Кладочные изделия представлены марками с разной плотностью, в пределах D300-D400 они относятся к теплоизоляционным, D500 и D600 – совмещают утепляющие и конструкционные способности, свыше D700 – не обладают энергосберегающими свойствами. D400 могут использоваться при возведении нагружаемых стен, но лишь при условии их надежного армирования и поддержки каркасом, при исключении мостиков холода в дополнительной защите от потерь тепла они не нуждаются. При повышении плотности марки скорость теплообмена между наружной и внутренней средой увеличивается, что приводит к необходимости утепления фасада.

Марка плотности D300 D400 D500 D600
Теплопроводность г в сухом состоянии, Вт/м·°C 0,08 0,096 0,12 0,14
Коэффициент паропроницаемости газосиликата, мг/м·ч·Па 0,26 0,23 0,2 0,16

Это значение подтверждается производителем опытным путем, для его определения в домашних условиях можно направить на блок горелку (или поставить его на плиту) и измерять изменение температуры в 3-4 см углублении на другой стороне с интервалом в 1 мин. После прекращения нагрева отслеживается динамика охлаждения. Такой опыт позволяет проверить не только изоляционные свойства, но и огнестойкость.

Сравнения коэффициентов теплопроводности газоблоков и других материалов

Большинство современных строительных конструкций, разделяющих зоны с разными температурами, являются многослойными. Их величина термического сопротивления суммируется с учетом толщины каждой прослойки в метрах и термопроводности при стандартных условиях (нормальной влажности и температуре). Усредненные нормативные значения последней приведены в таблице ниже:

Вид Средний диапазон плотности, кг/м3 Коэффициент теплопроводности в сухом состоянии, Вт/м·°C
Мелкоштучные кладочные изделия и блоки из искусственного камня
Кирпич красный плотный 1700-2100 0,67
То же, пористый 1500 0,44
Силикат 1000-2200 0,5-1,3
Керамический поризованный камень 810-840 0,14-0,185
Многопустотные камни из легкого бетона 500-1200 0,29-0,6
Дерево
Дуб 700 0,23
Клен 620-750 0,19
Лиственница 670 0,13
Липа 320-650 0,15
Сосна 500 0,18
Береза 510-770 0,15
Блоки и плиты из ячеистых видов бетона
Пенобетон 300-1250 0,12-0,35
Автоклавные газосиликатные и газобетонные 280-1000 0,07-0,21
Строительные плиты из пористого бетона 500-800 0,22-0,29
Утеплители
Пенополистирол 40 0,038
Маты из минеральной ваты 50-125 0,048-0,056
Эковата 35-60 0,032-0,041

Несложно заметить, что из всех видов кладочных материалов автоклавные газосиликатные блоки в разы выигрывают в сопротивлении теплопередаче. На практике это означает возможность уменьшения толщины стен при равном теплообмене и отсутствии необходимости их наружного утепления. В этом плане они уступают лишь дереву, для сравнения: равную теплопроводность имеют 140 мм сухого бруса, 250 – кладки из газосиликата, 500 – керамзитобетона и 650 – монолитной стены из кирпича. У продукции, используемой при утеплении, такая же низкая эффективность теплообмена наблюдается у плиты ППУ толщиной в 25 мм, полистирола в 60, пробки в 70 и минеральной ваты в 80.

Высокая способность к удержанию тепла допускает использование как конструкционных изделий, так и в качестве изолятора. Марки D500 и D600 совмещают оба свойства, но при превышении плотности свыше 700 кг/м3 сопротивление теплопередаче снижается и возникает потребность либо в наружном утеплении, либо в увеличении толщины кладки, и как следствие – росту затрат. С целью исключения ошибок этот параметр определяет расчет, проводимый на стадии проектирования и учитывающий климатические условия региона, требуемую температуру внутри здания и точную теплопроводность.


 

Теплопроводность газобетона: коэффициент теплопроводности

Газобетон, теплопроводность

Газобетон и изделия из него получили популярность, благодаря высоким показателям свойств и качеств, одним из которых является теплопроводность. Материал обладает высокой способностью к сохранению тепла, которая обусловлена особой структурой, составом и технологией производства изделий.

Давайте разберемся: теплопроводность газобетона — отчего конкретно она зависит? Какими преимуществами будет обладать строение, возведенное из данного материала? И почему тысячи застройщиков, несмотря на высокую конкуренцию, отдают предпочтение именно изделиям из газобетона, опираясь, в первую очередь, на показатель теплопроводности?

Содержание статьи

Краткая характеристика газобетона

Газобетон является разновидностью ячеистого бетона, и отличается от схожих стеновых материалов составом сырья и методом порообразования. Несмотря на схожесть его с аналогами, показатели теплопроводности и иных свойств, иногда существенно отличаются.

Для того, чтобы понять, что именно способно оказывать влияние на изменения числовых показателей характеристик, следует рассмотреть предварительно индивидуальные особенности материала.

Газобетон

Обзор основных свойств и качеств

Воспользуемся таблицей.

Основные характеристики газобетона:

Наименование характеристики Среднее ее значение
Морозостойкость 35-150
Марка прочности Для неавтоклава – от В1,5, в соответствии с ГОСТ21520-89; для автоклавного газобетона, в среднем — В3,5
Усадка От 0,3 мм/м2
Минимальная рекомендуемая толщина стены От 0,4 м
Теплопроводность От 0,09
Экологичность 2
Пожароопасность Не горит

Характеристики достаточно конкурентные. Однако все они колеблются в определенных пределах и, как уже было сказано, зависят от некоторых условий. В таблице указаны средние и минимальные значения.

Теплопроводность газобетонного блока в 0,09, характерна исключительно для теплоизоляционных изделий в сухом виде. А как она будет изменяться с повышением плотности, мы рассмотрим ниже.

Классификация и сфера применения

Учитывая тему данной статьи, актуальным будет разобраться, какие же существуют виды материала. Ведь теплопроводность газобетонных блоков зависит от многих факторов.

В соответствии со способом твердения, газобетонный блок может быть:

  1. Автоклавным;
  2. Неавтоклавным.

Автоклавный и неавтоклавный газобетон

Обратите внимание! Автоклавный газобетон еще также называют газобетоном синтезного твердения. Отличается он тем, что на заключительном этапе производства его обрабатывают в специальном оборудовании – автоклаве, при воздействии высокой температуры и давления. Как следствие, изделия обладают более высокими характеристиками, в том числе и более качественным соотношением плотности и теплопроводности. Но об этом поговорим позже.

Неавтоклавные изделия, или газобетон гидратационного твердения, достигают технической прочности естественным способом. Требования к нему, в соответствии с ГОСТ, несколько ниже. Сравним показатели данных видов газобетона при помощи таблицы.

Сравнение автоклавного и неавтоклавного газобетона:

Наименование показателя Значение для автоклавного газобетона Значение для неавтоклавного газобетона
Прочность, марка В2,5-5 В1,5-2,5
Морозостойкость 35-150 15-35
Паропроницаемость 0,2 0,18
Теплопроводность эксплуатационная 0,096-0,155 0,17-0,25
Огнестойкость Не горит Не горит
Рекомендуемая минимальная толщина стены, метры От 0,4 От 0,65
Долговечность До 200 лет До 50 лет

Как видно, газобетон синтезного твердения во многом опережает своего конкурента — неавтоклава, и это касается практически всех характеристик. Следует отметить, что цена на последний также значительно ниже, и изготовление его возможно произвести своими руками.

Характеристика газобетона разной плотности

Также газобетон разделяют в зависимости от плотности.

В соответствии с этим, материал может быть:

  1. Теплоизоляционным. Такие изделия отличаются низкой плотность (до 400) и теплопроводностью. Используются они в качестве материала для утепления, так как никаких существенных нагрузок блок выдержать не способен.
  2. Конструкционно-теплоизоляционный газобетон обладает более высокой плотностью. Числовой показатель варьируется от 400 до 800. Однако коэффициент теплопроводности газобетонных блоков также вырастает. Используется материал при возведении стен и перегородок.
  3. Конструкционный газобетон – наиболее прочный из всех. Плотность его равна 900-1200. Может выдержать значительные нагрузки, однако при этом, стены требуют дополнительного утепления, так как способность к сохранению температуры у таких блоков достаточно низкая.

Отличия газобетона разной плотности

Помимо вышеуказанных классификаций, существуют и иные, связанные с особенностью состава и внешнего вида изделий. Рассмотрим кратко.

В зависимости от типа вяжущего, газобетон бывает:

Это указывает на то, что содержание основного компонента варьируется в пределах от 15 до 50%.

В соответствии с типом кремнеземистого компонента:

  1. На песке;
  2. На золе;
  3. На иных вторичных продуктах промышленности.

Также хотелось бы отметить классификацию, основанную на геометрии блока.

Газобетон может быть:

  1. Первой категории точности;
  2. Второй категории точности;
  3. Третьей категории точности.

Категория указывает на возможные геометрические отклонения, максимальные значения которых продиктованы ГОСТ.

Важно! Блоки первой категории – самые ровные, отклонения по размеру не должны превышать 1,5 мм. Укладывают их на клей с минимальной толщиной слоя. И заметьте, что для теплотехники стен в целом это оказывает значительное влияние!

Вторая категория имеет большие отклонения: до 2-х мм – по размеру, до 3-х – по диагонали.

Блоки третьей категории обычно используются при возведении хозяйственных построек. Повышенные отклонения диктуют необходимость возведения стен с использованием раствора со значительно большей толщиной шва. Это увеличивает мостики холода и теплопроводность помещения.

Обратите внимание! Блоки различной категории отличаются между собой только геометрическими отклонениями. Различий в технических характеристиках существенных нет. Теплопроводность, прочность, морозостойкость и иные показатели будут идентичными. Отличаться они могут только ввиду сравнения изделий различных производителей.

Понятие теплопроводности и ее значение

Теплопроводность – это способность материала к сохранению температуры. Например, если коэффициент ее высок, то в холодное время года, затраты на отопление помещения значительно возрастут, так как тепло будет быстро выходить наружу — и здание, соответственно, будет быстро остывать.

Давайте разберемся, насколько практичным является использование газобетона в качестве материала для утепления либо возведения стен в данном случае.

Что такое теплопроводность

Показатели теплопроводности газобетона. Зависимость коэффициента теплопроводности от технико-механических показателей

Коэффициент теплопроводности газобетона продиктован ГОСТ 25485-89. Бетоны ячеистые. Технические условия. Как уже упоминалось, данный показатель напрямую зависит от плотности изделий и, более того, от типа кремнеземистого компонента. Рассмотрим таблицу.

Зависимость теплопроводности от плотности газобетона и типа кремнеземистого компонента:

Вид газобетона Марка прочности Коэффициент теплопроводности газобетона, изготовленного на золе Коэффициент теплопроводности газобетона, изготовленного на песке
Теплоизоляционный 300 0,08 0,08
400 0,09 0,1
Конструкционно-теплоизоляционный 500 0,1 0,12
600 0,13 0,14
700 0,15 0,15
800 0,18 0,21
900 0,20 0,24
Конструкционный 1000 0,23 0,29
1100 0,26 0,34
1200 0,29 0,38

Вывод напрашивается сам собой: чем больше плотность, тем выше и показатель теплопроводности.

График зависимости теплопроводности от плотности

Теплопроводность газобетона d500

То есть, чем выше влажность, тем выше и коэффициент теплопроводности. В соответствии с ГОСТ, отпускная влажность газобетонных изделий не должна превышать показателя в 25%, при производстве изделий на песке, и 30% — на основе золы и иных вторичных продуктов промышленности.

Отдельно стоит обратить внимание на такой материал как монолитный газобетон. Он также может быть разной плотности, и обладать различным коэффициентом теплопроводности. Во многом это зависит от марки используемого при изготовлении цемента, пористости и соотношения компонентов.

Его активно используют при:

Это, разумеется, не все возможные сферы применения материала, их существует достаточно большое количество. Фактом остается то, что популярность газобетона растет с каждым годом все больше, именно благодаря соотношениям плотности и теплопроводности, высоким показателям морозостойкости и других эксплуатационных характеристик.

Сравнение способности газобетона к сохранению тепла с различными стеновыми материалами

А теперь давайте сравним показатели теплопроводности газобетона с другими стеновыми изделиями, а также проанализируем соотношение плотности к данной характеристике. Достоин ли газобетон находиться в лидерах?

Сравнение физико-технических показателей газобетона и других стеновых материалов:

Наименование материала Плотность кг/м3 Коэффициент теплопроводности
Газобетон 600-800 0,18-0,28
Силикатный кирпич 1700-1950 0,85-1,16
Арболит 400-850 0,08-0,18
Шлакобетон 900-1400 0,2-0,58
Пенобетон 400-1200 0,14-0,39
Керамзитобетон 900-1200 0,5-0,7
Кирпич пустотелый 1500-1900 0,56-0,95

Фактически выходит, если сравнивать вышеперечисленные материалы и газобетон, теплопроводность его несколько превышает лишь аналогичный показатель у арболита и пенобетона. Остальные стеновые материалы остаются далеко позади.

Сравнение теплопроводности материалов

 

Сравнение газобетона

Как уже говорилось, газобетон низкой плотности используют в качестве материала для утеплителя. Давайте сравним теперь обоснованность его применения.

Теплопроводность материалов, предназначенных для утепления, в сравнении с теплоизоляционным газобетоном:

Наименование материала Коэффициент теплопроводности, м2*С/Вт
Газобетон теплоизоляционный, Д300 От 0,08
Эковата 0,014
Изовер 0,044
Пенопласт 0,037
Керамзит 0,16
Стекловата 0,033-0,05
Минеральная вата 0,045-0,07

Теплопроводность строительных материалов

Даже в качестве теплоизоляционного материала, газобетон может быть достойным конкурентом.

Часто выбирая утеплитель, застройщики задаются вопросом: керамзит или газобетон, что лучше? Ответить однозначно достаточно сложно. В первую очередь, следует обратить внимание на приоритеты в показателях. Оба материала – легкие, недорогие и способны сохранять тепло.

Однако, если учитывать данные, указанные в таблице, то теплоизоляционный газобетон все же выигрывает в последнем показателе. А выбор, остается за вами.

Расчет оптимальной толщины стены

Рекомендуемая минимальная толщина стены из газобетона, как мы уже выяснили, составляет 400 мм. Однако для разных регионов, этот показатель может значительно отличаться. В местах, где температура воздуха более низкая, стена должна быть значительно толще, при сохранении оптимальной температуры.

Давайте разберемся, как же правильно посчитать нужную толщину стены, с учетом всех необходимых факторов, в том числе требований СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий, СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий.

Для начала рассмотрим, каким будет показатель теплопроводности, в соответствии со СНиП, при условиях изготовления с использованием различного кремнеземистого компонента и кладки готовых изделий на различные растворы.

Расчетные коэффициенты теплопроводности в условиях эксплуатации при возведении стен с использованием раствора и клея и соответствующие условия эксплуатации А-В:

Вид блока Марка плотности Коэффициент теплопроводности, при условии укладки на известково- песчаный раствор (условия эксплуатации А-В). Коэффициент теплопроводности, при условии укладки на цементно-песчаный раствор

(условия эксплуатации А-В).

Коэффициент теплопроводности, при условии укладки изделий на клей

(условия эксплуатации А-В).

Газобетон, изготовленный из кварцевого песка Д500 0,25-0,3 0,24-0,28 0,18-0,23
Д600 0,27-0,32 0,26-0,31 0,22-0,26
Д700 0,35-0,4 0,34-0,39 0,27-0,31
Газозолобетон Д500 0,28-0,33 0,27-0,32 0,19-0,25
Д600 0,31-0,37 0,3-0,36 0,25-0,31
Д700 0,39-0,45 0,38-0,44 0,3-0,36

Далее, для проведения расчетов необходимо определить, к какой зоне влажности относится ваш регион. Для этого можно воспользоваться картой зон влажности и следующей таблицей:

Влажностный режим регионов:

Режим Влажность воздуха при температуре до 12 градусов Влажность воздуха при температуре от 12 до 24 градусов Влажность воздуха при температуре более 24 градусов
Влажный – 1 Более 75 От 60 до 75 От 50 до 60
Нормальный -2 От 60 до 75 От 50 до 60 От 40 до 50
Сухой -3 Менее 60 Менее 50 Менее 40

Теперь следует заглянуть в СНиП 23-02-2003 и определить, к каким условиям эксплуатации ограждающих конструкций относится регион в зависимости от влажности.

Карта зон влажности, фото

Эксплуатационные условия конструкций А, Б в зависимости от влажностного режима в регионе:

Режим влажности Условия эксплуатации во влажной зоне Условия эксплуатации в нормальной зоне Условия эксплуатации в сухой зоне
Влажный – 1 Б Б Б
Нормальный – 2 Б Б А
Сухой — 3 Б А А

Теперь стоит вернуться в таблице 6, в которой мы сможем найти нужный для себя показатель.

Так почему же все производители в один голос заявляют, что толщина стены может быть от 400 мм, а на практике выходит по-другому? Все просто!

Во-первых, теплопроводность газоблока в условиях эксплуатации – повышается, так как изменяется влажность, во-вторых, изготовителями, при подсчетах показателей для рекламы продукции, не учитываются мостики холода и иные определяющие факторы. Теоретически, толщина стены может быть и тоньше, но, чтобы сохранить нужное значение теплопроводности, необходимо будет компенсировать разницу при утеплении конструкции.

Газобетонные блоки теплопроводность: вариант утепления, схема

Видео в этой статье расскажет подробнее о методах утепления газобетона, и сохранения оптимального показателя качества теплопроводности

Обзор основных достоинств и недостатков строений, возведенных из газобетона

Итак, мы выяснили, что коэффициент теплопроводности газобетона достаточно хорош, относительно других материалов, предназначенных, в первую очередь, для возведения стен. Однако это не может являться единственным аргументом при выборе изделий.

Давайте кратко рассмотрим, какими же еще сильными сторонами обладают газоблоки:

  1. Изделия — легкие, что значительно сократит нагрузку на фундамент;
  2. Как уже упоминалось выше, материал прост в обращении, он легко пилится, режется, шлифуется;
  3. Состав газоблока – немаловажный аспект. Он не содержит ядовитых и вредных для окружающих веществ, а, значит, является экологически чистым;
  4. Газобетон не горит и не поддерживает огня. При возгорании может в течение нескольких часов находиться под воздействием высокой температуры;
  5. Высокие показатели морозостойкости. Изделия могут выдержать до 150 циклов размораживания и оттаивания;
  6. Паропроницаемость обеспечит максимально комфортный микроклимат;
  7. Звукоизоляционные характеристики – также достаточно неплохие. Стены из газобетона смогут оградить пребывающих в помещении от посторонних шумов извне;
  8. Доступность и распространенность материала среди производителей. Это – тоже значительный плюс. Практически в любом регионе можно найти изготовителя или дилера, находящегося по близости. Это поможет сэкономить на доставке;
  9. Вариативность выбора размеров;
  10. Еще одно весомое преимущество – возможность самостоятельного изготовления изделий. Для желающих сэкономить или просто попробовать свои силы – отличный шанс;

Основными недостатками являются:

  1. Высокое водопоглощение материала. В этом случае, пористость является отрицательной стороной в особенности, при отрицательных температурах воздуха. В это время, влага может кристаллизироваться и разрушительно воздействовать на структуру блока.
  2. Хрупкость изделий. Это достаточно заметно при проведении работ и транспортировке.
  3. Усадка здания имеет место быть достаточно часто и, в следствие этого, а также некоторых других факторов, могут появиться трещины.
  4. Необходимость поиска и приобретения специального крепежа, а при желании закрепить особо тяжелых предметы, необходимость планирования и укрепления узлов фиксации.

Метод испытания теплопроводности изделий

Метод контроля теплопроводности осуществляется в соответствии с ГОСТ 7076, а отбор проб – в соответствии с ГОСТ 10180. Документы содержат всю информацию о порядке отбора проб, их испытаний и протоколировании результатов.

Суть метода заключается в следующем: создается стационарный тепловой поток, который проходит через образец выбранной толщины. Направление его – перпендикулярно наибольшим граням образца. В результате производят измерение плотности этого потока тепла, а также температуру лицевых граней образца и его толщину.

Необходимое количество образцов, подлежащих испытанию, должно быть указано в сертификате на материал. Если же такое указание отсутствует, испытания проводятся на образцах в количестве пяти штук.

Прибор для измерения теплопроводности твердых тел

Краткая инструкция о порядке проведения испытания выглядит так:

Основные итоги

От показателя теплопроводности стенового материала зависят расходы на утепление помещения при строительстве, а в будущем — и величина расходов на отопление. Ведь данная характеристика отвечает за способность здания к сохранению температуры.

Газобетон обладает завидным числовым показателем в сравнении с другими материалами для стен — но, все же, совсем без утепления все равно не обойтись. Теплопроводность зависит от иных показателей качеств, таких, например, как плотность, или влажность. А это значит, что при возведении здания, данный факт должен быть обязательно учтен.

Помимо вышеуказанного, газоблок наделен большим количеством сильных сторон, поэтому если ваш выбор пал на него, то вы не прогадали. Материал позволит возвести практичное, долговечное строение — а теплопроводность газобетонных блоков при этом, является крайне важной характеристикой.

Газосиликатные блоки: характеристики и особенности

В строительной сфере применяются изделия из газосиликата. Процесс производства блоков осуществляется при высоком давлении, а также в естественных условиях. Благодаря пористой структуре они хорошо удерживают тепло. Популярен газосиликатный блок D500, характеристики которого обеспечивают возможность использования данного материала при возведении домов. В результате применения блоков увеличенных размеров сокращается цикл постройки здания. Рассмотрим основные технические характеристики, которые нужно учитывать при выборе материала.

Что представляют собой блоки газосиликатные

Блочные изделия из газосиликата – современный строительный материал, изготовленный из следующего сырья:

При смешивании компонентов рабочая смесь увеличивается в объеме в результате активно протекающей химической реакции.

Газосиликатные блоки широко применяются в сфере строительства

Формовочные емкости, заполненные силикатной смесью, застывают в различных условиях:

Изменяются показатели плотности и прочности в зависимости от способа изготовления. Указанные характеристики материалов определяют область использования.

Блоки делятся на следующие типы:

Цифровой индекс в маркировке блоков соответствует массе одного кубического метра газосиликата, указанной в килограммах. С возрастанием плотности материала снижаются его теплоизоляционные свойства. Изделия марки D700 постепенно вытесняют традиционный кирпич, а продукция с плотностью D400 не уступает по теплоизоляционным свойствам современным утеплителям.

Газосиликатные блоки превосходят по механической прочности пенобетон

Блоки газосиликатные – плюсы и минусы материала

Изделия из газосиликата обладают комплексом серьезных достоинств. Главные плюсы газосиликатных блоков:

Область применения зависит от плотности материала

Несмотря на множество достоинств, газосиликатные блоки имеют слабые стороны. Главные недостатки материала:

Несмотря на имеющиеся недостатки, газосиликатные блоки активно используются для сооружения капитальных стен в области малоэтажного строительства, а также для возведения теплоизолированных стен многоэтажных строений и для теплоизоляции различных конструкций. Профессиональные строители и частные застройщики отдают предпочтение газосиликатным блокам благодаря весомым преимуществам материала.

Газосиликатный блок D500 – характеристики стройматериала

Конструкционно-теплоизоляционный блок марки D500 используется для различных целей:

Газосиликатные блоки обеспечивают хорошую теплоизоляцию помещения

Приняв решение приобрести блочный силикат с маркировкой D500, следует детально ознакомиться с эксплуатационными свойствами популярного строительного материала. Остановимся на главных характеристиках.

Прочностные свойства

Класс прочности материала на сжатие изменяется в зависимости от метода изготовления блоков:

Прочность блоков D500 достигает 4 МПа, что является недостаточно высоким показателем. Для предотвращения растрескивания газосиликатного материала выполняется усиление кладки сеткой или арматурой. Относительно невысокий запас прочности позволяет использовать блочный стройматериал в сфере малоэтажного строительства. При возведении многоэтажных зданий газосиликатные блоки применяются совместно с кирпичом для теплоизоляции возводимых стен.

Удельный вес

Плотность газосиликатных блоков – важный эксплуатационный показатель, характеризующий пористость блочного массива. Плотность обозначается маркировкой в виде латинской буквы D и цифрового индекса. Цифра в маркировке характеризует массу одного кубометра газосиликата. Так, один кубический метр газосиликата с маркировкой D500 весит 500 кг. Зная маркировку изделий по плотности, размеры блоков и их количество, несложно рассчитать нагрузку на фундаментную основу.

Газосиликатные блоки – экологичный материал

Теплопроводные характеристики

Теплопроводность газосиликатных блоков – это способность передавать тепловую энергию. Значение показателя характеризует коэффициент теплопроводности газосиликатных блоков.

Величина коэффициента изменяется в зависимости от концентрации влаги в материале:

В строениях, построенных из газосиликатных блоков, благодаря пониженной теплопроводности материала, круглогодично поддерживается благоприятный микроклимат.

Морозоустойчивость

Способность газосиликатных блоков воспринимать температурные перепады, связанные с глубоким замораживанием и оттаиванием, характеризует маркировка. Показатель морозоустойчивости для изделий D500 составляет F50. По сравнению с другими видами композитного бетона это достаточно неплохой показатель. На морозостойкость влияет концентрация влаги в блоках. С уменьшением влажности материала морозоустойчивость блоков возрастает.

Срок эксплуатации

Газосиликат отличается продолжительным периодом использования. Структура газосиликатного массива сохраняет целостность на протяжении более полувека. Изготовители блоков гарантируют срок службы изделий в течение 60-80 лет при условии защиты блоков от впитывания влаги. Оштукатуривание материала позволяет продлить срок службы.

Пожарная безопасность

Газосиликатные блоки – пожаробезопасный стройматериал с огнестойкостью до 400 ⁰С. Испытания подтверждают, что покрытая штукатуркой газосиликатная стена способна выдержать воздействие открытого огня на протяжении трех-четырех часов. Блоки подходят для сооружения пожароустойчивых стен, перегородок и дымоходов.

Заключение

Блочный газосиликат – проверенный материал для строительства малоэтажных зданий. Характеристики блоков позволяют обеспечивать устойчивость возводимых строений и поддерживать внутри зданий комфортный микроклимат.

Теплопроводность газобетона D300, D400, D500, D600; сравнение с кирпичом, деревом, пенобетоном

Химическая реакция при смешивании извести и алюминиевой пудры в цементном растворе происходит с выделением водорода. В процессе автоклавной сушки получают газобетон с равномерно распределенными открытыми ячейками неодинаковой формы. Пористая структура материала определяет его основные физические характеристики: небольшой вес при крупных размерах, паропроницаемость, изоляционные свойства. Низкая теплопроводность газобетона зависит от его плотности. Чем больше воздушных пор в объеме, тем медленнее предается тепловая энергия и дольше сохраняется комфортная атмосфера внутри помещения.

Оглавление:

  1. Блоки разных марок
  2. Сравнение кирпича и газобетона
  3. Теплоизолирующие параметры сооружений

Теплотехнические свойства газоблоков

Ограждающие конструкции являются источником теплопотерь во время отопительного сезона. Поэтому при строительстве и теплоизоляции частных коттеджей используют пористые материалы. Газобетон в зависимости от плотности, которую измеряют в кг/м3, производят различных марок:

Марка D600 указывает, что в кубометре пористого бетона содержится 600 кг твердых компонентов, которые занимают примерно треть объема. Воздух в ячейках нагревается намного медленнее и является естественным препятствием для передачи тепла. Значит, чем меньше плотность монолита, тем лучше его изоляционные свойства. Теплопроводность газоблока в сравнении с другими материалами отличается низкими значениями:

НаименованиеКоэффициент теплопроводности, Вт/м °C
Плотность, кг/м3
D300D400D500D600
Газобетон при влажности 0%0,0720,0960,1120,141
5%0,0880,1170,1470,183
Пенобетон при влажности 0%0,0810,1020,1310,151
5%0,1120,1310,1610,211
Дерево поперек волокон при влажности 0%0,0840,1160,1460,151
5%0,1470,1810,1830,218

Пеноблоки имеют сходную структуру с газобетоном, но отличаются замкнутыми ячейками и высокой плотностью. Вспененный бетон застывает в формах и имеет неточную геометрию по сравнению с другими стройматериалами. Поэтому как теплоизоляцию чаще используют газосиликатные блоки.

Дерево считается самым экологичным материалом для строительства комфортного, «дышащего» жилища с наиболее благоприятными условиями микроклимата. Но теплопроводность стен такого дома выше газобетонных. Ячеистые блоки обладают паропроницаемостью, огнеупорностью, биостойкостью и при надежной гидроизоляции с успехом заменяют древесину. Тщательнее всего необходимо оградить фундамент и цоколь, чтобы пористая структура не натягивала влагу из грунта. Для этого использую битум и рубероид.

Теплопроводность кирпича и газоблока

Традиционный строительный материал для возведения частных домов – кирпич отличается прочностью, морозостойкостью и долговечностью. Такие показатели возможны при высокой плотности искусственного камня. По сравнению с газоблоком кирпичные стены делают многослойными. Применение «сэндвич» технологии позволяет прокладывать теплоизоляцию между наружной и внутренней кладкой.

НаименованиеСредняя теплопроводность, Вт/м °C
Блок из газобетона0,08-0,14
Кирпич керамический0,36-0,42
– глиняный красный0,57
– силикатный0,71

Энергосберегающая способность

Теплоизолирующие свойства ограждений зависят от их толщины. Чем массивнее стены, тем медленнее будет охлаждаться внутреннее пространство дома. При проектировании толщины ограждения следует учитывать мостики холода – слой цементного раствора между элементами кладки. Блоки монтируют с помощью пазовых замков и специального клея. Такой способ позволяет сократить до минимума тепловые потери. Чтобы сэкономить средства на закупке стройматериалов, необходимо знать характеристики сборных конструкций стандартной толщины:

НаименованиеТолщина наружной стены
12 см20 см24 см30 см40 см
Теплопроводность, Вт/м °C
Кирпич белый7,514,523,753,122,25
красный6,754,053,372,712,02
Газоблок D6001,160,720,580,460,35
D5001,010,610,520,420,31
D4000,820,510,410,320,25

Благодаря низкой теплопроводности в южных районах частные коттеджи строят из газобетона D400 толщиной 20 см, в средней полосе используют пористые элементы D400 с шириной 30 см или D500 – 40 см. В условиях севера возводят многослойные стены из конструкционных и изоляционных блоков. Благодаря хорошим теплотехническим характеристикам газобетоном утепляют дома из кирпича, железобетона, пеноблоков.

Дополнительное утепление стен из газобетона не требуется при устройстве навесного вентилируемого фасада. Обрешетку блоков выполняют при помощи дерева или металлического профиля. Такая конструкция не дает атмосферным осадкам проникать под облицовку, но пропускает воздух и позволяет влаге испаряться с поверхности. В качестве отделочных плит используют виниловый или бетонный сайдинг.

размеры, вес, преимущества и недостатки

Блоки газосиликат – это разновидность легкого ячеистого материала, который имеет достаточно обширную сферу применения в строительстве. Популярность пористые бетонные изделия такого типа заслужили благодаря высоким техническим качествам и многочисленным положительным характеристикам.  Какие достоинства и недостатки имеют газосиликатные блоки, и в чем состоят особенности их использования при возведении домов?

Общие характеристики газосиликатного блока

Газосиликат считается улучшенным аналогом газобетона. Производственная технология его изготовления включает такие составные части:

Из смеси таких компонентов получается высококачественный пористый материал с хорошими техническими характеристиками:

  1. Оптимальная теплопроводность. Такой показатель зависит от качества материала и его плотности. Марке газосиликатных блоков D700 отвечает теплопроводность 0,18 Вт/м°С. Этот показатель несколько выше многих значений других строительных материалов, включая железобетон.
  2. Морозостойкость. Газосиликатные блоки величиной плотности 600 кг/ м³ способны выдержать более 50 циклов замерзания и оттаивания. Некоторые новые марки имеют заявленный показатель морозостойкости до 100 циклов.
  3. Плотность материала. Такое значение колеблется в зависимости от типа газосиликата – от D400 до D700.
  4. Способность поглощать звуки.  Шумоизоляционные свойства ячеистых блоков равняются коэффициенту 0,2 при звуковой частоте 1000 Гц.
Газосиликатные блоки считаются улучшенным аналогом газобетона

Многие технические параметры газосиликата в несколько раз превышают характерные показатели кирпича. Чтобы обеспечить оптимальную теплопроводность выкладывают стены толщиной 50 сантиметров. Для создания таких условий из кирпича требуется размер кладки в 2 метра.

Качество и свойства газосиликата зависят от соотношения используемых для его приготовления компонентов. Повысить прочность изделий можно, увеличив дозу цементной смеси, но при этом снизится пористость материала, что повлияет на другие технические его характеристики.

Виды

Газосиликатные блоки разделяют в зависимости от степени прочности на три основных вида:

  1. Конструкционные. Используются такой материал для сооружения зданий, не превышающих три этажа. Плотность блоков составляет D700.
  2. Конструкционно-теплоизоляционные. Газосиликат такого типа применяется для укладки несущих стен в зданиях не выше двух этажей, а также для строительства межкомнатных перегородок. Плотность его колеблется от D500 до D700.
  3. Теплоизоляционные.  Успешно используется материал для снижения степени тепловой отдачи стен. Прочность его невысокая, а за счет высокой пористости плотность достигает всего D400.

Строительные блоки из газосиликата производят двумя способами:

Производство газосиликатных блоков

Газосиликат, изготовленный с помощью автоклавной обработки, обладает самыми высокими техническими характеристиками.  Такие блоки имеют хорошие показатели прочности и усадки.

Типоразмер и вес

Размер блока газосиликата зависит от вида материала и его производителя. Наиболее распространенными являются такие габариты, которые выражены в миллиметрах:

Газосиликат благодаря ячеистой структуре является достаточно легким материалом. Вес пористых изделий отличается согласно плотности материала и его типоразмера:

Небольшая масса блоков и возможность подбора необходимого их размера намного облегчает строительный процесс.

Сфера применения газосиликатных блоков

В строительстве газосиликат с успехом используют для таких целей:

Количество ячеек на один метр кубический в выпускаемых газосиликатных блоках разное. Поэтому область применения материала напрямую зависит от плотности материала:

  1. 700 кг/ м³. Такие блоки наиболее эффективно используются при сооружении высотных домов. Строительство многоэтажек из газосиликата обходится намного дешевле, чем из железобетона или кирпича.
  2. 500 кг/ м³. Материал применяют для строительства невысоких зданий – до трех этажей.
  3. 400 кг/ м³. Такой газосиликат подходит для кладки одноэтажных помещений. Чаще всего его расходуют для недорогих хозяйственных построек. Кроме этого материал успешно применяется для теплоизоляции стен.
  4. 300 кг/ м³. Ячеистые блоки с низким показателем плотности предназначены для утепления несущих конструкций. Материал не способен выдерживать высокие механические нагрузки, поэтому не подходит для возведения стен.

Чем ниже плотность ячеистых блоков, тем выше их теплоизоляционные качества. В связи с этим сооружения из газосиликата с плотной структурой часто требуют дополнительного утепления. В качестве изоляционного материала используют плиты из пенополистирола.

Преимущества и недостатки

Возведение домов из газосиликатных блоков достаточно оправдано невысокой стоимостью материала и многочисленными его достоинствами:

  1. Блоки, предназначенные для сооружения домов, обладают высокой прочностью. Для материала средней плотности 500 кг/ м³ показатель механического сжатия 40 кг/ см3.
  2. Небольшой вес газосиликатных изделий позволяет избежать дополнительных затрат при доставке и установке блоков. Ячеистый материал в пять раз легче от обычного бетона.
  3. За счет хорошей теплоотдаче снижается расход теплоэнергии. Такое свойство позволяет значительно сэкономить на отоплении здания.
  4. Высокий показатель звукоизоляции. За счет наличия пор ячеистый материал защищает от проникновения шума в здание в десять раз лучше, чем кирпич.
  5. Хорошие экологические свойства. Блоки не содержат токсических веществ и совершенно безопасны в применении. По многим экологическим показателям газосиликат приравнивается к дереву.
  6. Высокая паропроницаемость изделий позволяет создать хорошие условия микроклимата в помещении.
  7. Негорючий материал препятствует распространению огня в случае пожара.
  8. Точные пропорции размеров блоков дают возможность выполнения ровной кладки стен.
  9. Доступная цена материала. При хороших технических показателях цена на газосиликатные блоки сравнительно невысокая.
Дом из газосиликатных блоков позволяет значительно сэкономить на отоплении

Наряду с немалым количеством преимуществ пористый материал имеет некоторые недостатки:

  1. Механическая прочность блоков несколько ниже от железобетона и кирпича. Поэтому при вбивании гвоздей в стену или вкручивании дюбелей поверхность легко крошится. Тяжелые детали блоки удерживают достаточно плохо.
  2. Способность влагопоглощения. Газосиликат хорошо и быстро впитывает воду, которая проникая в поры, снижает прочность материала и приводит к его разрушению. При строительстве зданий из различных типов пористого бетона применяется защита поверхностей от воздействия влаги.  Штукатурку на стены рекомендуется наносить в два слоя.
  3. Морозостойкость блоков зависит от плотности изделий. Марки газосиликата ниже D 400 не способны выдерживать цикл в 50 лет.
  4. Материал склонен к усадке. Поэтому особенно у блоков марок ниже D700 первые трещины могут появляться через пару лет после сооружения здания.

При оформлении стен из газосиликата используется в основном гипсовая штукатурка. Она прекрасно скрывает все швы между блоками. Цементно-песчаные смеси не удерживаются на пористой поверхности, а при понижении температуры воздуха образуются небольшие трещины.

Популярность газосиликата с каждым годом возрастает. Ячеистые блоки обладают практически всеми качествам необходимыми для эффективного строительства малоэтажных зданий. Некоторые характеристики намного превышают достоинства других материалов. С помощью легких блоков из газосиликата можно построить надежное здание при небольших затратах за сравнительно короткий срок.

Теплопроводность выбранных материалов и газов

Теплопроводность - это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

"количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала в направлении, нормальном к поверхности единицы площади, за счет градиента единичной температуры в условиях устойчивого состояния"

Теплопроводность единицы - [Вт / (м · К)] в системе СИ и [БТЕ / (час фут ° F)] в британской системе мер.

См. Также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, двуокиси углерода и воды

Теплопроводность для обычных материалов и продуктов:

900 900 78 0,1 - 0,22 0,606
Теплопроводность
- k -
Вт / (м · К)

Материал / вещество Температура
25 o C
(77 o F)
125 o C
(257 o F)
225 o C
(437 o F)
Acetals 0.23
Ацетон 0,16
Ацетилен (газ) 0,018
Акрил 0,2
Воздух, атмосфера (газ) 0,0262 0,0333 0,0398
Воздух, высота над уровнем моря 10000 м 0,020
Агат 10,9
Спирт 0.17
Глинозем 36 26
Алюминий
Алюминий Латунь 121
Оксид алюминия 30
Аммиак (газ) 0,0249 0,0369 0,0528
Сурьма 18,5
Яблоко (85.6% влаги) 0,39
Аргон (газ) 0,016
Асбестоцементная плита 1) 0,744
Асбестоцементные листы 1) 0,166
Асбестоцемент 1) 2,07
Асбест в рыхлой упаковке 1) 0.15
Асбестовая плита 1) 0,14
Асфальт 0,75
Бальсовое дерево 0,048
Битум
Слои битума / войлока 0,5
Говядина постная (влажность 78,9%) 0.43 - 0,48
Бензол 0,16
Бериллий
Висмут 8,1
Битум 0,17
Доменный газ (газ) 0,02
Шкала котла 1,2 - 3,5
Бор 25
Латунь
Бризовый блок 0.10 - 0,20
Кирпич плотный 1,31
Кирпич противопожарный 0,47
Кирпич изоляционный 0,15
Кирпич обыкновенный (Строительный кирпич ) 0,6 -1,0
Кирпичная кладка плотная 1,6
Бром (газ) 0,004
Бронза
Руда бурого железа 0.58
Масло (содержание влаги 15%) 0,20
Кадмий
Силикат кальция 0,05
Углерод 1,7
Двуокись углерода (газ) 0,0146
Окись углерода 0,0232
Чугун
Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированные 0.23

Ацетат целлюлозы, формованный, лист

0,17 - 0,33
Нитрат целлюлозы, целлулоид 0,12 - 0,21
Цемент, Портленд 0,29
Цемент, строительный раствор 1,73
Керамические материалы
Мел 0.09
Древесный уголь 0,084
Хлорированный полиэфир 0,13
Хлор (газ) 0,0081
Хром никелевая сталь 16,3
Хром
Оксид хрома 0,42
Глина, от сухой до влажной 0.15 - 1,8
Глина насыщенная 0,6 - 2,5
Уголь 0,2
Кобальт
Треск (влажность 83% содержание) 0,54
Кокс 0,184
Бетон, легкий 0,1 - 0,3
Бетон, средний 0.4 - 0,7
Бетон, плотный 1,0 - 1,8
Бетон, камень 1,7
Константан 23,3
Медь
Кориан (керамический наполнитель) 1,06
Пробковая плита 0,043
Пробка, повторно гранулированная 0.044
Пробка 0,07
Хлопок 0,04
Вата 0,029
Углеродистая сталь
Утеплитель из шерсти 0,029
Купроникель 30% 30
Алмаз 1000
Диатомовая земля (Sil-o-cel) 0.06
Диатомит 0,12
Дуралий
Земля, сухая 1,5
Эбонит 0,17
11,6
Моторное масло 0,15
Этан (газ) 0.018
Эфир 0,14
Этилен (газ) 0,017
Эпоксидный 0,35
Этиленгликоль 0,25
Перья 0,034
Войлок 0,04
Стекловолокно 0.04
Волокнистая изоляционная плита 0,048
Древесноволокнистая плита 0,2
Огнеупорный кирпич 500 o C 1,4
Фтор (газ) 0,0254
Пеностекло 0,045
Дихлордифторметан R-12 (газ) 0.007
Дихлордифторметан R-12 (жидкость) 0,09
Бензин 0,15
Стекло 1.05
Стекло, жемчуг, жемчуг 0,18
Стекло, жемчуг, насыщенное 0,76
Стекло, окно 0.96
Стекло-вата Изоляция 0,04
Глицерин 0,28
Золото
Гранит 1,7 - 4,0
Графит 168
Гравий 0,7
Земля или почва, очень влажная зона 1.4
Земля или почва, влажная зона 1,0
Земля или почва, сухая зона 0,5
Земля или почва, очень сухая зона 0,33
Гипсокартон 0,17
Волос 0,05
ДВП высокой плотности 0.15
Лиственных пород (дуб, клен ..) 0,16
Hastelloy C 12
Гелий (газ) 0,142
Мед ( 12,6% влажности) 0,5
Соляная кислота (газ) 0,013
Водород (газ) 0,168
Сероводород (газ) 0.013
Лед (0 o C, 32 o F) 2,18
Инконель 15
Чугун 47-58
Изоляционные материалы 0,035 - 0,16
Йод 0,44
Иридий 147
Железо
Оксид железа 0 .58
Капок изоляция 0,034
Керосин 0,15
Криптон (газ) 0,0088
Свинец
, сухой 0,14
Известняк 1,26 - 1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%) 0.07
Магнезит 4,15
Магний
Магниевый сплав 70-145
Мрамор 2,08 - 2,94
Ртуть, жидкость
Метан (газ) 0,030
Метанол 0.21
Слюда 0,71
Молоко 0,53
Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла .. 0,04
Молибден
Монель
Неон (газ) 0,046
Неопрен 0.05
Никель
Оксид азота (газ) 0,0238
Азот (газ) 0,024
Закись азота (газ) 0,0151
Нейлон 6, Нейлон 6/6 0,25
Масло машинное смазочное SAE 50 0,15
Оливковое масло 0.17
Кислород (газ) 0,024
Палладий 70,9
Бумага 0,05
Парафиновый воск 0,25
Торф 0,08
Перлит, атмосферное давление 0,031
Перлит, вакуум 0.00137
Фенольные литые смолы 0,15
Формовочные смеси фенолформальдегид 0,13 - 0,25
Фосфорбронза 110 Pinchbe20 159
Шаг 0,13
Карьерный уголь 0.24
Штукатурка светлая 0,2
Штукатурка, металлическая планка 0,47
Штукатурка песочная 0,71
Штукатурка, деревянная планка 0,28
Пластилин 0,65 - 0,8
Пластмассы вспененные (изоляционные материалы) 0.03
Платина
Плутоний
Фанера 0,13
Поликарбонат 0,19
Полиэстер
Полиэтилен низкой плотности, PEL 0,33
Полиэтилен высокой плотности, PEH 0.42 - 0,51
Полиизопреновый каучук 0,13
Полиизопреновый каучук 0,16
Полиметилметакрилат 0,17 - 0,25
Полипропилен
Полистирол вспененный 0,03
Полистирол 0.043
Пенополиуретан 0,03
Фарфор 1,5
Калий 1
Картофель, сырая мякоть 0,55
Пропан (газ) 0,015
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 0,25
Поливинилхлорид, ПВХ 0.19
Стекло Pyrex 1.005
Кварц минеральный 3
Радон (газ) 0,0033
Красный металл
Рений
Родий
Порода, твердая 2-7
Порода, пористая вулканическая (туф) 0.5 - 2,5
Изоляция из каменной ваты 0,045
Канифоль 0,32
Резина, ячеистая 0,045
Резина натуральная 0,13
Рубидий
Лосось (влажность 73%) 0,50
Песок сухой 0.15 - 0,25
Песок влажный 0,25 - 2
Песок насыщенный 2-4
Песчаник 1,7
Опилки 0,08
Селен
Овечья шерсть 0,039
Аэрогель кремнезема 0.02
Силиконовая литая смола 0,15 - 0,32
Карбид кремния 120
Кремниевое масло 0,1
Серебро
Шлаковая вата 0,042
Сланец 2,01
Снег (температура <0 o C) 0.05 - 0,25
Натрий
Хвойные породы (пихта, сосна ..) 0,12
Почва, глина 1,1
Почва, с органическими материи 0,15 - 2
Грунт насыщенный 0,6 - 4

Припой 50-50

50

Сажа

0.07

Насыщенный пар

0,0184
Пар низкого давления 0,0188
Стеатит 2
Сталь углеродистая
Сталь, нержавеющая
Изоляция из соломенных плит, сжатая 0,09
Пенополистирол 0.033
Диоксид серы (газ) 0,0086
Сера кристаллическая 0,2
Сахара 0,087 - 0,22
Тантал
Смола 0,19
Теллур 4,9
Торий
Древесина, ольха 0.17
Лес, ясень 0,16
Лес, береза ​​ 0,14
Лес, лиственница 0,12
Лес, клен 0,16
Древесина дубовая 0,17
Древесина осина 0,14
Древесина оспа 0.19
Древесина, бук красный 0,14
Древесина, сосна красная 0,15
Древесина, сосна белая 0,15
Древесина ореха 0,15
Олово
Титан
Вольфрам
Уран
Пенополиуретан 0.021
Вакуум 0
Гранулы вермикулита 0,065
Виниловый эфир 0,25
Вода, пар (пар) 0,0267 0,0359
Пшеничная мука 0.45
Белый металл 35-70
Древесина поперек волокон, белая сосна 0,12
Древесина поперек волокон, бальза 0,055
Древесина поперек волокон, сосна желтая, древесина 0,147
Дерево, дуб 0,17
Шерсть, войлок 0.07
Древесная вата, плита 0,1 - 0,15
Ксенон (газ) 0,0051
Цинк

1) Асбест плохо для здоровья человека, когда крошечные абразивные волокна попадают в легкие, где они могут повредить легочную ткань. Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, в результате чего возникают мезотелиома и рак легких.

Пример - кондуктивная теплопередача через алюминиевый бак по сравнению с баком из нержавеющей стали

Кондуктивная теплопередача через стенку ванны может быть рассчитана как

q = (k / s) A dT (1)

или, альтернативно,

q / A = (к / с) dT

где

q = теплопередача (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь поверхности ( м 2 , фут 2 )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт / м 2 , БТЕ / (ч фут 2 ))

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

dT = t 1 - t 2 = разница температур ( o C, o F)

s = толщина стенки (м, фут)
9000 8

Калькулятор теплопроводности

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

с = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

dT = t 1 - t 2 = разница температур ( o C, o F)

Примечание! - общая теплопередача через поверхность определяется « общим коэффициентом теплопередачи », который в дополнение к кондуктивной теплопередаче зависит от

Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку емкости толщиной 2 мм - разность температур 80 o C

Теплопроводность для алюминия составляет 215 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(215 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м)] (80 o C)

= 8600000 (Вт / м 2 )

= 8600 (кВт / м 2 )

Кондуктивная теплопередача через стенку емкости из нержавеющей стали толщиной 2 мм - перепад температур 80 o C

Теплопроводность нержавеющей стали составляет 17 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(17 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м) ] (80 o C)

= 680000 (Вт / м 2 )

= 680 (кВт / м 2 )

.

Изоляционные материалы - диапазоны температур

Температурные пределы для некоторых обычно используемых изоляционных материалов:

900 75
Изоляционный материал Диапазон температур
Низкий Высокий
( o C) ( o F) ( o C) ( o F)
Силикат кальция -18 0 650 1200
Ячеистое стекло -260 -450 480 900
Эластомерная пена -55 -70 120 250
Стекловолокно -30 -20 540 1000
Минеральная вата, керамическое волокно 90 049 1200 2200
Минеральная вата, стекло 0 32 250 480
Минеральная вата, камень 0 32 760 1400
Фенольная пена 150 300
Полиизоцианурат, полиизо -180 -290 120 250
Полистирол -50 -60 165
Полиуретан -210 -350 120 250
Вермикулит -272 -459 760 1400

Силикатная изоляция

Неасбестовая изоляционная плита и труба из силиката кальция особенность изоляции с легким весом, низкой теплопроводностью, высокой температурой и химической стойкостью.

Изоляция из ячеистого стекла

Изоляция из ячеистого стекла состоит из битого стекла в сочетании со вспенивающим агентом.

Эти компоненты смешивают, помещают в форму, а затем нагревают до температуры приблизительно 950 o F . В процессе нагрева колотое стекло превращается в жидкость. Разложение вспучивающего агента приведет к расширению смеси и заполнению формы. Смесь создает миллионы связанных, однородных, закрытых ячеек и в конце образует жесткий изоляционный материал.

Целлюлозная изоляция

Целлюлоза изготавливается из измельченной переработанной бумаги, такой как газетная бумага или картон. Он обрабатывается химикатами, чтобы сделать его огнеупорным и устойчивым к насекомым, и наносится в виде насыпи или методом мокрого распыления с помощью машины.

Изоляция из стекловолокна

Стекловолокно - наиболее распространенный тип изоляции. Он сделан из расплавленного стекла, скрученного в микроволокна.

Изоляция из минеральной ваты

Минеральная вата изготавливается из расплавленного стекла, камня, керамического волокна или шлака, которые прядут в волокнистую структуру.Неорганическая порода или шлак являются основными компонентами (обычно 98% ) каменной ваты. Остальные 2% органического вещества обычно представляют собой связующее из термореактивной смолы (клей) и небольшое количество масла.

Полиуретановая изоляция

Полиуретан - это органический полимер, образующийся в результате реакции полиола (спирта с более чем двумя реактивными гидроксильными группами на молекулу) с диизоцианатом или полимерным изоцианатом в присутствии подходящих катализаторов и добавок.

Полиуретаны - это эластичные пенопласты, используемые в матрасах, химически стойких покрытиях, клеях и герметиках, изоляционных материалах для зданий и технических сооружений, таких как теплообменники, охлаждающие трубы и т.

Изоляция из полистирола

Полистирол - отличный изолятор. Его производят двумя способами:

  • Экструзия - в результате получаются мелкие закрытые ячейки, содержащие смесь воздуха и хладагента
  • Формованные или расширенные - в результате получаются крупные закрытые ячейки, содержащие воздух

Экструдированный полистирол, или XPS , представляет собой термопластичный материал с закрытыми ячейками, изготовленный с помощью различных процессов экструзии. В основном изоляция из экструдированного полистирола используется для изоляции зданий и строительства в целом.

Формованный или пенополистирол обычно называют бортовым картоном и имеет более низкое значение R, чем экструдированный полистирол.

Полиизоцианурат (полиизо) Изоляция

Полиизоцианурат или полиизо - это термореактивный тип пластика, пенопласта с закрытыми ячейками, в ячейках которого содержится газ с низкой проводимостью.

.

Теплопроводность

63

9007 000 9007 900 000057
Материал Теплопроводность
(кал / сек) / (см 2 C / см)
Теплопроводность
(Вт / м · K) *
Алмаз ... 1000
Серебро 1,01 406,0
Медь 0,99 385,0
Золото ... 314
Латунь... 109,0
Алюминий 0,50 205,0
Железо 0,163 79,5
Сталь ... 34,7
Меркурий ... 8,3
Лед 0,005 1,6
Стекло обычное 0,0025 0.8
Бетон 0,002 0,8
Вода при 20 ° C 0,0014 0,6
Асбест 0,0004 0,08 0,08 ...
Стекловолокно 0,00015 0,04
Кирпич изоляционный ... 0,15
Кирпич красный ... 0,6
Пробковая плита 0,00011 0,04
Войлок 0,0001 0,04
Каменная вата ... Полиуретан ) ... 0,033
Полиуретан ... 0,02
Дерево 0,0001 0,12-0,04
Воздух при 0 ° C 0,024
Гелий (20 ° C) ... 0,138
Водород (20 ° C) ... 0,172
Азот (20 ° C) ... 0,0234
Кислород (20 ° C) ... 0,0238
Аэрогель кремнезема ... 0,003

* Большая часть от Янга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд.Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и кремнезема из Справочника по химии и физике CRC.

Обратите внимание, что 1 (кал / сек) / (см 2 C / см) = 419 Вт / м K. С учетом этого два приведенных выше столбца не всегда совпадают. Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными.

Значение 0,02 Вт / мК для полиуретана может быть принято как номинальное значение, которое делает пенополиуретан одним из лучших изоляторов. NIST опубликовал программу численного приближения для расчета теплопроводности полиуретана на сайте http: // cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethane.html. Их расчет для полиуретана с фреоновым наполнением плотностью 1,99 фунт / фут 3 при 20 ° C дает теплопроводность 0,022 Вт / мК. Расчет для полиуретана с наполнителем CO 2 плотностью 2,00 фунт / фут 3 дает 0,035 Вт / мК.

Индекс

Таблицы

Ссылка
Young
Ch 15.

.

Теплопроводность материалов теплообменников

Поиск в Engineering ToolBox

- поиск - самый эффективный способ навигации по Engineering ToolBox!

Перевести эту страницу на

О Engineering ToolBox!

Мы не собираем информацию от наших пользователей. В нашем архиве хранятся только письма и ответы. Файлы cookie используются в браузере только для улучшения взаимодействия с пользователем.

Некоторые из наших калькуляторов и приложений позволяют сохранять данные приложений на локальном компьютере.Эти приложения - из-за ограничений браузера - будут отправлять данные между вашим браузером и нашим сервером. Мы не сохраняем эти данные.

Google использует файлы cookie для показа нашей рекламы и обработки статистики посетителей. Пожалуйста, прочтите Условия использования Google для получения дополнительной информации о том, как вы можете контролировать показ рекламы и собираемую информацию.

AddThis использует файлы cookie для обработки ссылок на социальные сети. Пожалуйста, прочтите AddThis Privacy для получения дополнительной информации.

Цитирование

Эту страницу можно цитировать как

  • Engineering ToolBox, (2009). Теплопроводность материалов теплообменников . [онлайн] Доступно по адресу: https://www.engineeringtoolbox.com/heat-exchanger-material-thermal-conductivities-d_1488.html [Accessed Day Mo. Year].

Изменить дату доступа.

. .

закрыть

.Библиотека

TLP Введение в термическую и электрическую проводимость

Щелкните здесь для просмотра актуальных (непечатаемых) страниц TLP.

Примечание. Пакеты обучения и обучения DoITPoMS предназначены для интерактивного использования на компьютере! Эта версия TLP для печати предоставляется для удобства, но не отображает все содержимое TLP. Например, отсутствуют какие-либо видеоклипы и ответы на вопросы. Форматирование (разрывы страниц и т. Д.) Печатной версии непредсказуемо и сильно зависит от вашего браузера.

Содержание

  • Цели
  • Перед тем, как начать
  • Введение
  • Введение в проводимость
  • Металлы: модель электропроводности по Друде
  • Факторы, влияющие на электропроводность
  • Металлы теплопроводности
  • Электропроводность: неметаллы
  • Неметаллы: тепловые фононы
  • Приложения
  • Сводка
  • вопросов
  • Дальше

Цели

По завершении этого пакета TLP вам необходимо:

  • Понимать основные механизмы и модели теплопроводности и теплопроводности металлов и неметаллов.
  • Помните о некоторых факторах, которые влияют на оба типа проводимости.
  • Знайте некоторые области применения обоих типов проводников и изоляторов.

Перед тем, как начать

Этот TLP является введением, поэтому никаких специальных знаний не требуется. Однако есть и другие TLP, которые охватывают более сложные темы, такие как полупроводники, ссылки на которые приведены в разделе для дальнейшего чтения.

Введение

Электропроводность охватывает невероятно большой порядок величин (30!) От изоляторов до металлов и даже может быть бесконечным в сверхпроводниках.Знание того, как управлять им, привело к компьютерной революции и постоянно увеличивающейся миниатюризации

Теплопроводность, хотя для известных материалов она составляет всего около 10 порядков величины, по-прежнему имеет решающее значение для многих важных технологических достижений, от реактивных турбин и космических путешествий до USB-холодильников для напитков.

Чтобы по-настоящему оценить эти достижения, важно понимать, как возникает проводимость в материалах. Существуют простые модели, которые можно использовать для прогнозирования поведения многих материалов; между теплопроводностью и электропроводностью в металлах существуют близкие параллели, в то время как механизмы проводимости в неметаллах совершенно разные.

Введение в проводимость

Электропроводность

Важно не запутаться в проводимости, проводимости, сопротивлении и удельном сопротивлении.

Свойства материалов: электропроводность σ и удельное электрическое сопротивление ρ

Электропроводность материала определяется как количество электрического заряда, переносимого в единицу времени через единицу площади под действием единичного градиента потенциала: J = σ E

где J - плотность тока (ток на единицу площади), а E - градиент потенциала.Это еще один способ выражения закона Ома, который чаще выражается как \ (V = I R \).

Для изотропного материала:

\ [\ sigma = \ frac 1 \ rho \]

Единицами измерения удельного электрического сопротивления являются омметр ( Ом · м ), а для удельной проводимости - обратная величина ( Ом -1 м -1 ). Для фактического образца длиной l и площадью поперечного сечения A сопротивление R рассчитывается по формуле:

\ [R = \ rho \ frac l A \]

Электрические сигналы распространяются со скоростью, близкой к скорости света, хотя , а не означает, что сами электроны движутся так быстро.Вместо этого типичная дрейфовая скорость электронов (их средняя скорость) намного ниже: менее 1 мм с -1 . Это подробно описано в разделе моделей Друде.

Еще одно уместное напоминание о потенциале и токе - ток - это поток электронов, а потенциал - это движущая сила, заставляющая их течь. Обладая достаточным потенциалом, электроны могут переносить заряд через любой материал, включая вакуум (см. ЭЛТ), хотя они бессильны без какого-либо чистого тока.

Лучшие электрические проводники (кроме сверхпроводников) - это чистая медь и чистое серебро с удельным сопротивлением 16,78 и 15,87 нОм соответственно. Для сравнения, полистирол имеет удельное сопротивление до 10 28 нОм, что на 27 порядков отличается!

Теплопроводность:

Чтобы понять теплопроводность материалов, важно ознакомиться с концепцией теплопередачи, которая представляет собой движение тепловой энергии от более горячего тела к более холодному.Это происходит при нескольких обстоятельствах:

  • Когда объект имеет температуру, отличную от окружающей его температуры;
  • Когда объект имеет температуру, отличную от температуры другого объекта, контактирующего с ним;
  • Когда внутри объекта существует температурный градиент.

Направление теплопередачи определяется вторым законом термодинамики, который гласит, что энтропия изолированной системы, которая не находится в тепловом равновесии, будет со временем увеличиваться, приближаясь к максимальному значению в состоянии равновесия.Это означает, что передача тепла всегда происходит от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой и будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие.

Передача тепловой энергии происходит только через 3 режима: теплопроводность, конвекция и излучение. Каждый режим имеет свой механизм и скорость передачи тепла, и, таким образом, в любой конкретной ситуации скорость передачи тепла зависит от того, насколько преобладает определенный режим.

Проводимость включает передачу тепловой энергии за счет комбинации диффузии электронов и фононных колебаний, что применимо к твердым телам.

Конвекция включает в себя передачу тепловой энергии в движущейся среде - горячий газ / жидкость движется через более холодную среду (обычно из-за разницы в плотности).

Излучение включает передачу тепловой энергии электромагнитным излучением. Солнце - хороший пример передачи энергии через (близкий) вакуум.

Этот TLP фокусируется на проводимости в кристаллических твердых телах.

Теплопроводность, Κ, - это свойство материала, которое указывает на способность проводить тепло.Согласно первому закону Фурье тепловой поток пропорционален разности температур, площади поверхности и длине образца:

\ [H = \ frac {\ Delta Q} {\ Delta t} = \ kappa A \ frac {\ Delta T} {l} \]

где ΔQ / Δt - скорость теплопередачи, A - площадь поверхности, l - длина.

Лучшие металлические теплопроводники - это чистая медь и серебро. При комнатной температуре технически чистая медь обычно имеет проводимость около 360 Вт · м -1 K -1 (хотя теплопроводность монокристалла меди была измерена при 12 200 Вт · м -1 K -1 при температура 20.8 К). В металлах движение электронов доминирует над теплопроводностью.

Основной материал с самой высокой теплопроводностью (помимо сверхтекучего гелия II), что, возможно, удивительно, является неметаллом: чистый монокристаллический алмаз, который имеет теплопроводность при комнатной температуре около 2200 Вт · м -1 K -1 . Высокая проводимость используется даже для проверки подлинности алмаза. Прочные ковалентные связи внутри молекулы ответственны за высокую проводимость, хотя свободных электронов нет, тепло передается фононами.Большинство природных алмазов также содержат атомы бора, которые заменяют атомы углерода в кристаллической матрице, которые также обладают высокой теплопроводностью.

Металлы: модель электропроводности Друде

Из-за квантово-механической природы электронов полное моделирование движения электронов в твердом теле (т. Е. Проводимости) потребует рассмотрения не только всех ядер положительных ионов, взаимодействующих с каждым электроном , но также каждого электрона с каждым другим электроном .Даже с продвинутыми моделями это быстро становится слишком сложным для адекватного моделирования материала макроскопического масштаба.

Модель Друде значительно упрощает ситуацию за счет использования классической механики и рассматривает твердое тело как фиксированный массив ядер в «море» несвязанных электронов. Кроме того, электроны движутся по прямым линиям, не взаимодействуют друг с другом и случайным образом рассеиваются ядрами.

Вместо моделирования всей решетки используются два статистически полученных числа:
τ , среднее время между столкновениями (время рассеяния ) и
l , среднее расстояние, пройденное между столкновениями (среднее свободное расстояние путь )

Под действием поля E электроны испытывают силу –e E, и, таким образом, ускорение от F = m a

Для электрона, выходящего из столкновения со скоростью v 0 , скорость после времени t определяется как:

\ [v = v_ {0} - \ frac {eEt} {m} \]

Конечно, если электроны рассеиваются случайным образом при каждом столкновении, v 0 будет равно нулю.{2} \ tau E} {m} \]

Проводимость σ = n e μ, где μ - подвижность , которая определяется как

\ [\ mu = \ frac {| v |} {E} = \ frac {eE \ tau} {mE} = \ frac {e \ tau} {m} \]

Конечный результат всех этих математических расчетов - разумное приближение проводимости ряда одновалентных металлов. При комнатной температуре, используя кинетическую теорию газов для оценки скорости дрейфа, модель Друде дает σ ~ 10 6 Ом -1 м -1 .Это примерно правильный порядок величины для многих одновалентных металлов, таких как натрий ( σ ~ 2,13 × 10 5 Ом -1 м -1 ).

Модель Друде можно визуализировать с помощью следующего моделирования. В отсутствие приложенного поля видно, что электроны движутся беспорядочно. Используйте ползунок, чтобы применить поле, чтобы увидеть его влияние на движение электронов.

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 8 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Однако важно отметить, что для неметаллов, многовалентных металлов и полупроводников модель Друде с треском проваливается. Чтобы иметь возможность более точно предсказать проводимость этих материалов, требуются квантово-механические модели, такие как Модель почти свободных электронов. Это выходит за рамки настоящего TLP

.

Сверхпроводники также не объясняются такими простыми моделями, хотя дополнительную информацию можно найти на сайте Superconductivity TLP.

Факторы, влияющие на электропроводность

Электропроводность большинства металлических проводников (не полупроводников!) Легко определить.Есть три важных случая:

Чистые и почти чистые металлы

Для чистых металлов при температуре около комнатной удельное сопротивление линейно зависит от температуры.

\ [\ rho_2 = \ rho_1 [1 + \ alpha (T_2 - T_1)] \]

Однако при низких температурах проводимость перестает быть линейной (сверхпроводники рассматриваются отдельно), а удельное сопротивление связано с температурой по правилу Маттизена:

\ [\ rho (T) = {\ rho _ {{\ rm {defect}}}} + {\ rho _ {{\ rm {Thermal}}}} \]

Сопротивление при низких температурах (\ ({\ rho _ {{\ rm {defect}}}} \)) зависит от концентрации дефектов решетки, таких как дислокации, границы зерен, вакансии и межузельные атомы.Следовательно, оно ниже в отожженных металлических образцах с крупными кристаллами и выше в сплавах и закаленных металлах. Вы можете подумать, что при более высоких температурах электроны будут иметь больше энергии, чтобы двигаться через материал, поэтому, возможно, довольно удивительно, что удельное сопротивление увеличивается (а, следовательно, и проводимость уменьшается) с увеличением температуры. Причина этого в том, что с повышением температуры электроны чаще рассеиваются на колебаниях решетки или фононах, что приводит к увеличению удельного сопротивления.Этот вклад в удельное сопротивление описывается термином ρ термического .

Температурная зависимость проводимости чистых металлов схематично проиллюстрирована в следующем моделировании. Используйте ползунок, чтобы изменить температуру, чтобы увидеть, как это влияет на движение электронов через решетку. Вы также можете ввести межузельные атомы, щелкнув мышью внутри решетки.

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 10 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Сплавы - твердый раствор

Как и раньше, добавление примеси (в данном случае другого элемента) снижает проводимость. Для твердого раствора изменение удельного сопротивления в зависимости от состава определяется правилом Нордхейма:

\ [\ rho = \ chi _ {\ alpha} \ rho _ {\ alpha} + \ chi _ {\ beta} \ rho _ {\ beta} + C \ chi _ {\ alpha} \ chi _ {\ beta} \]

, где C - константа, CA и CB - атомные доли металлов A и B, удельные сопротивления которых равны ρA и ρB соответственно.2 \]

, где ΔZ - разность валентностей растворенного вещества и растворителя.

Таким образом, растворенные атомы с более высоким (или более низким) зарядом, чем решетка, будут иметь большее влияние на удельное сопротивление.

Сплавы - многофазные

Для сплава, в котором есть две или более различных фаз, вклады просто линейно влияют на общее удельное сопротивление (хотя влияние многих границ зерен немного увеличивает удельное сопротивление).

\ [\ rho = \ chi_ \ alpha \ rho_ \ alpha + \ chi_ \ beta \ rho_ \ beta \]

Следующая анимация иллюстрирует правило Маттейзена, правило Нордхейма и правило смешения.

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 8 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Металлы теплопроводности

Металлы обычно имеют относительно высокую концентрацию свободных электронов проводимости, и они могут передавать тепло при движении через решетку. Фононная проводимость также имеет место, но эффект перекрывается электронной проводимостью.

Следующая симуляция показывает, как электроны могут проводить тепло, сталкиваясь с ядрами и передавая тепловую энергию.Нажмите кнопку «источник», чтобы приложить источник тепла к одной стороне образца. График покажет температурный градиент внутри образца, и вы также можете применить радиатор к противоположной стороне образца, используя кнопку «сток».

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 10 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Закон Видеманна-Франца

Поскольку преобладающий метод теплопроводности у металлов одинаковый для теплопроводности и электропроводности (т.{- 2}} \]

Этот закон можно объяснить тем фактом, что свободные электроны в металле участвуют в механизмах переноса тепла и электричества. Теплопроводность увеличивается со средней скоростью электронов, так как это увеличивает прямой перенос энергии. Однако электрическая проводимость уменьшается с увеличением скорости частиц, поскольку столкновения отвлекают электроны от прямого переноса заряда.

Электропроводность: неметаллы

Хотя модель Друде достаточно хорошо работает для одновалентных металлов, она не предсказывает свойства полупроводников, сверхпроводников или неметаллических проводников.

Сверхпроводники и полупроводники лучше всего объясняются в их собственных TLP.

Ионная проводимость

Для некоторых материалов нет чистого движения электронов, но они по-прежнему проводят электричество.

Это механизм ионной проводимости, при котором некоторые заряженные ионы могут перемещаться через объемную решетку (с помощью обычных механизмов диффузии, за исключением движущей силы электрического поля).

Такие ионные проводники используются в твердооксидных топливных элементах - хотя, например, для оксида циркония, стабилизированного оксидом иттрия (YZT), рабочие температуры находятся в диапазоне от 500 до 1000 градусов C.Поскольку они действуют по механизму, подобному диффузии, более высокие температуры приводят к более высокой проводимости, что противоположно тому, что предсказывала бы простая модель Друде.

Напряжение пробоя

Существует важный и потенциально смертельный механизм, благодаря которому изолятор может стать проводящим. В воздухе - это молния. Следует отметить, что механизм может ионизировать «изолятор», временно делая его более проводящим.

Газы обычно ионизируются в бытовых осветительных приборах.Наиболее распространены люминесцентные лампы и неоновые лампы.

Для первоначального возбуждения паров ртути в свете люминесцентной лампы необходим всплеск напряжения, превышающий напряжение пробоя. Это можно заметить при включении такого света, как внезапное возгорание с соответствующим всплеском радиопомех. Неисправная трубка может не полностью ионизироваться, что приводит к слабому свечению на концах.

Под высоким напряжением может проводиться даже оргстекло. Временно ионизированный путь непрозрачен при охлаждении, что в данном случае дает фигуру Лихтенберга. Изображение «Фигура Лихтенберга» от Берт Хикман

Более подробная информация доступна на странице Dielectrics TLP по разбивке

.

Неметаллы: тепловые фононы

Как упоминалось ранее, металлы имеют два режима теплопроводности: на основе электронов и на основе фононов. Для неметаллов имеется относительно немного свободных электронов, поэтому доминирует фононный метод.

Тепло можно рассматривать как меру энергии колебаний атомов в материале.Как и все вещи в атомном масштабе, здесь есть квантово-механические соображения; энергия каждой вибрации квантуется (и пропорциональна частоте). Фонон - это квант колебательной энергии, и за счет комбинации (суперпозиции) многих фононов тепло наблюдается макроскопически.

Энергия данного колебания решетки в жесткой кристаллической решетке квантована в квазичастицу, называемую фононом . Это аналог фотона в электромагнитной волне; тепловые колебания в кристаллах можно описать как термически возбужденные фононы, которые можно отнести к термически возбужденным фотонам.Фононы являются основным фактором, определяющим электрическую и теплопроводность материала.

Фонон - это квантово-механическая адаптация нормальных модальных колебаний в классической механике. Ключевым свойством фононов является дуальность волна-частица; нормальные моды имеют волновые явления в классической механике, но приобретают поведение, подобное частицам в квантовой механике.

Энергия фонона пропорциональна его угловой частоте ω:

\ [\ varepsilon = (n + \ frac {1} {2}) \ hbar \ omega \]

с квантовым числом n .Член \ (\ frac {1} {2} \ hbar \ omega \) - это энергия нулевой точки моды. Это определяется как минимально возможная энергия, которой обладает система, и является энергией основного состояния.

Если твердое тело имеет более одного типа атомов в элементарной ячейке, будет два возможных типа фононов: «акустические» и «оптические» фононы. Частота акустических фононов примерно равна частоте звука, а частота оптических фононов близка к частоте инфракрасного света. Их называют оптическими, потому что в ионных кристаллах они легко возбуждаются электромагнитным излучением.

Если кристаллическая решетка имеет нулевую температуру, она находится в основном состоянии и не содержит фононов. Когда решетка нагревается и поддерживается при ненулевой температуре, ее энергия не является постоянной, а колеблется случайным образом около некоторого среднего значения. Эти флуктуации энергии вызваны случайными колебаниями решетки, которую можно рассматривать как газ фононов. Поскольку температура решетки порождает эти фононы, их иногда называют тепловыми фононами . Тепловые фононы могут создаваться или разрушаться случайными колебаниями энергии.

Принято считать, что фононы тоже обладают импульсом и поэтому могут проводить энергию через решетку. В отличие от электронов, существует чистое движение фононов - от более горячей части решетки к более холодной, где они разрушаются. Электроны должны сохранять нейтральность заряда в решетке, поэтому нет чистого движения электронов во время теплопроводности.

Следующая симуляция показывает схематические оптические и акустические фононы в двумерной решетке и дает возможность анимировать двумерный волновой вектор, определяемый щелчком внутри зеленого поля.

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 10 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Рассеяние Umklapp

Когда два фонона сталкиваются, образующийся фонон имеет векторную сумму их импульсов. Способ обработки частиц, движущихся в решетке квантово-механическим способом в рамках схемы редуцированных зон (которая выходит за рамки данной TLP, но более подробно исследуется в TLP зон Бриллюэна), приводит к концептуально странному эффекту. Если импульс слишком велик (за пределами первой зоны Бриллюэна), то образующийся фонон движется почти в противоположном направлении.Это Umklapp scattering , и оно преобладает при более высоких температурах, снижая теплопроводность при повышении температуры.

Приложения

Кремниевые чипы

Поскольку электрические свойства меняются в зависимости от микроструктуры, был разработан тип компьютерной памяти, называемый памятью с произвольным доступом с фазовым переходом (PC-RAM). Используемый материал представляет собой халькогенид, обозначаемый как GST (Ge 2 Sb 2 Te 5 ).

Аморфное состояние является полупроводником, а в (поли) кристаллической форме - металлическим.Нагревание выше точки стеклования, но ниже точки плавления приводит к кристаллизации ранее полупроводниковой аморфной ячейки. Точно так же полностью расплавленная, а затем быстрое охлаждение клетка оставляет ее в металлическом кристаллическом состоянии.

Это изменение удельного сопротивления в зависимости от микроструктуры имеет решающее значение для работы таких устройств. Варьируя условия нагрева, различная пропорция каждой ячейки GST может быть кристаллической и аморфной - правило смеси применяется, поскольку фактически это две фазы.Это позволяет использовать несколько различимых уровней сопротивления для каждой ячейки, увеличивая плотность хранения и снижая стоимость мегабайта.

Наиболее распространенной проблемой кремниевых устройств является рассеивание тепла.

Современный процессор имеет расчетную тепловую мощность более 70 Вт (Intel i7 3770, процесс 22 нм). Охладитель должен отводить указанное количество тепла с поверхности кристалла, которое обычно составляет менее 10 см. 2 . Обычно радиаторы имеют медный блок, прикрепленный к корпусу микропроцессора с помощью термопасты и давления.Основная часть радиатора обычно делается из гораздо более дешевого алюминия, хотя для интерфейса необходима высокая теплопроводность меди. Термопаста, хотя и является лучшим проводником тепла, чем воздух, намного хуже, чем большинство металлов, поэтому ее используют только в качестве тонкого слоя для замены воздушных зазоров.

Электропроводность - не самый эффективный метод отвода тепла к отдельному радиатору, поэтому можно использовать конвекцию и скрытую теплоту испарения. Тепловые трубки, обычно сделанные из меди, заполнены жидкостью с низкой температурой кипения, которая кипит на горячем конце и конденсируется на холодном конце трубы.Это гораздо более быстрый способ передачи тепла на большие расстояния.

Космос

Теплоизоляторы находят множество применений, и их развитие было связано с попытками улучшить объемные механические свойства при сохранении изоляционных свойств (т.е. не пропускать тепло, но не плавиться)

Особенно известное применение теплоизоляции - это (ныне списанные) плитки космических челноков, которые отвечают за защиту челнока во время его повторного входа в атмосферу.Они такие хорошие изоляторы, что снаружи они могут раскалиться докрасна, а внутри шаттла астронавты еще живы.

Одним из лучших теплоизоляторов является кремнеземный аэрогель.

Аэрогель - это твердотельный материал с чрезвычайно низкой плотностью, сделанный из геля, в котором жидкая фаза геля заменена газом. В результате получается твердое тело чрезвычайно низкой плотности, что делает его эффективным теплоизолятором.

Одно применение аэрогелей - легкий коллектор микрометеоритов, аэрогель был использован.Хотя он очень легкий, он достаточно силен, чтобы улавливать микрометеоры.

Спички остаются холодными в миллиметрах от паяльной лампы, большой массив аэрогелевых кирпичей готов к запуску в космос, а образовавшаяся космическая пыль фотографируется по возвращении на Землю

Aerogels могут изготавливаться из различных материалов, но имеют универсальную структуру. (аморфные «нано-пены» с открытыми ячейками). Однако чаще всего используется силикат. Аэрогели кремнезема были впервые открыты в 1931 году.

Аэрогели обладают экстремальной структурой и экстремальными физическими свойствами. Высокопористая природа структуры аэрогеля обеспечивает низкую плотность. Процент открытого пространства в структуре аэрогеля составляет около 94% для геля плотностью 100 кг · м - 3 .

Аэрогели - хорошие теплоизоляторы, поскольку они исключают три метода передачи тепла (конвекцию, теплопроводность и излучение). Они являются хорошими конвективными изоляторами благодаря тому, что воздух не может циркулировать по решетке.Кремнеземный аэрогель является особенно хорошим проводящим изолятором, потому что кремнезем плохо проводит тепло - металлический аэрогель, с другой стороны, был бы менее эффективным изолятором. Углеродный аэрогель является эффективным изолятором излучения, поскольку углерод способен поглощать инфракрасное излучение, которое передает тепло. Следовательно, для максимальной теплоизоляции лучший аэрогель - это кремнезем, легированный углеродом.

Трансмиссия

Одно из самых масштабных применений электрических проводников - передача энергии.

К сожалению, свойства, которые желательны для прочного кабеля, кажутся противоположными свойствам хорошего проводника.

Алюминиевые сплавы могут быть очень прочными из-за своей плотности, но, согласно правилу Нордхейма, они намного хуже проводят.

Существует огромное множество сталей, но, опять же, межузельные атомы углерода увеличивают сопротивление по сравнению с чистым железом. Это означает, что необходим кабель большего диаметра, который из-за плотности стали оказывается очень тяжелым и дорогим.Более тяжелый кабель также означает, что мы должны построить дополнительные пилоны, что составляет большую часть стоимости.

Медь, хотя и подходит для домашней электропроводки, является плотной и все более дорогой.

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 10 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Для большинства воздушных силовых кабелей решением является использование двух материалов - стальной жилы, окруженной множеством отдельных алюминиевых жил. Таким образом получаются легкие, высокопрочные кабели с приемлемой проводимостью.

Сверхпроводники

были испытаны для передачи энергии, но только под землей, и при значительно более высокой стоимости (и эффективности!).

Термоэлектрический эффект

Термоэлектрический эффект - это прямое преобразование разницы температур в электрическое напряжение и наоборот. Проще говоря, термоэлектрическое устройство создает напряжение, когда на каждой стороне устройства разная температура. Он также может работать «в обратном направлении», поэтому, когда на него подается напряжение, создается разница температур.Этот эффект можно использовать для выработки электричества, измерения температуры, охлаждения объектов или их нагрева. Поскольку знак приложенного напряжения определяет направление нагрева и охлаждения, термоэлектрические устройства представляют собой очень удобные регуляторы температуры.

Эффект Пельтье заключается в том, что когда (постоянный) ток течет через переход металл-полупроводник, тепло либо поглощается, либо выделяется. Это связано с тем, что средняя энергия электронов в двух материалах различается, и эту разницу составляет тепло.

Для более полного понимания требуется знание зонной структуры, более подробно рассмотренной в TLP по полупроводникам.

Примечание. Для этой анимации требуется Adobe Flash Player 10 и более поздних версий, который можно скачать здесь.

Сводка

Мы рассмотрели основы электрической и теплопроводности, а также некоторые из наиболее распространенных приложений. Вы должны понимать роль электронов и фононов в теплопроводности, а также то, как взаимодействия между ними приводят к изменению электропроводности с температурой.Вы должны понимать, что металлы имеют больше механизмов теплопередачи, чем их неметаллические аналоги, что объясняет, почему они имеют более высокую теплопроводность. Кроме того, этот TLP должен был затронуть некоторые из основных применений тепловых и электрических проводников и изоляторов. Наконец, была установлена ​​связь между теплопроводностью и электропроводностью металлов, в том числе закон Видемана-Франца.

Суммируя факторы, влияющие на проводимость:

  • Температура - при повышении температуры увеличивается средняя энергия, приходящаяся на один фонон, и, благодаря механизму рассеяния с перебросом, теплопроводность уменьшается.Фононы также больше рассеивают электроны.
  • Плотность электронов (в металлах) - если электроны являются проводниками, большее количество (валентных) электронов обычно приводит к лучшей проводимости.
  • Легирование - межузельные частицы рассеивают электроны и уменьшают проводимость. Фазовые границы, примеси, дислокации и т. Д. Снижают проводимость даже при низкой температуре.

Вопросы

Быстрые вопросы

Вы сможете без особого труда ответить на эти вопросы после изучения данного TLP.Если нет, то вам следует пройти через это снова!

  1. Для фононов нормальные моды

  2. Каким образом кристаллические решетки влияют на электроны, исходя из предположений модели свободных электронов?

  3. Разброс Umklapp:

  4. Что из следующего верно в соответствии с законом Видемана-Франца?

  5. Какие из следующих утверждений об электропроводности почти чистых материалов верны?

  6. Какой из них является правильным с точки зрения электропроводности от лучшей к худшей (предполагается, что это чистые материалы)?

    Nb 3 Sn при 4K, Ag при 300K, Au при 300K, Nb 3 Sn при 300K, Cu при 300K.
    b Ag при 300K, Cu при 300K, Nb 3 Sn при 4K, Au при 300K, Nb 3 Sn при 300K.
    с Nb 3 Sn при 4K, Ag при 300K, Cu при 300K, Au при 300K, Nb 3 Sn при 300K.
    d Nb 3 Sn при 300K, Cu при 300K, Ag при 300K, Au при 300K, Nb 3 Sn при 4K.
    e Nb 3 Sn при 4K, Cu при 300K, Nb 3 Sn при 300K, Ag при 300K, Au при 300K.

Далее

Книги

Курс химии A NST IB и / или курс физики NST IB также более подробно рассматривают проведение.

Сайты

Академический консультант: Джесс Гвинн (Кембриджский университет)
Разработка контента: Эндрю Витти
Фотография и видео:
Веб-разработка: Лианн Саллоус и Дэвид Брук

DoITPoMS финансируется Великобританией Центр материаловедения и кафедра материаловедения и металлургии, Кембриджский университет


.

Детектор теплопроводности (ДТП) | HiQ

Детектор теплопроводности (ДТП) широко используется в газовой хроматографии. TCD работает за счет наличия двух параллельных трубок, содержащих газовые и нагревательные змеевики. Газы исследуются путем сравнения скорости потери тепла из нагревательных змеевиков в газ. Обычно одна трубка содержит эталонный газ, а исследуемый образец пропускается через другую. Используя этот принцип, TCD определяет изменения теплопроводности выходящего потока из колонки и сравнивает его с эталонным потоком газа-носителя.Большинство соединений имеют теплопроводность намного меньше, чем у обычных газов-носителей водорода или гелия. Следовательно, когда аналит элюируется из колонки, теплопроводность выходящего потока снижается, и создается детектируемый сигнал. Гелий традиционно является предпочтительным газом-носителем, но по мере изменения лабораторных тенденций Linde также может предложить водород в качестве альтернативы гелию в качестве газа-носителя для приложений GC-TCD.

Хотя пламенно-ионизационный детектор (FID) может обеспечить очень хорошее разрешение, TCD является хорошим детектором общего назначения для начальных исследований с неизвестным образцом, поскольку он реагирует на все соединения благодаря тому, что все соединения, органические и неорганические, имеют отличается теплопроводностью от гелия.TCD также используется для анализа постоянных и неорганических газов (например, аргона, кислорода, азота, диоксида углерода, монооксида углерода, диоксида серы), поскольку он реагирует на все эти вещества, в отличие от FID, который не может обнаруживать соединения, не содержащие углерод-водородные связи.

Газовый хроматограф с детектором теплопроводности (ГХ - ТПД)

Калибровочная газовая смесь
Предел обнаружения
Рекомендуемый газ
Рекомендуемый регулятор цилиндра

≤ 100 частей на миллион

Калибровочные смеси HiQ BASELINE C106 серии
≤ 1 частей на миллион Калибровочные смеси HiQ REDLINE C200 серии

.

Смотрите также