Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας δομικών υλικών: τι σημαίνει η τιμή + πίνακας τιμών

Η οικοδομική τέχνη προβλέπει τη χρήση οποιωνδήποτε κατάλληλων υλικών. Τα κύρια κριτήρια είναι η ασφάλεια για τη ζωή και την υγεία, η θερμική αγωγιμότητα, η αξιοπιστία. Ακολουθούν η τιμή, οι αισθητικές ιδιότητες, η καθολικότητα εφαρμογής κ.λπ.

Ας εξετάσουμε ένα από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά των δομικών υλικών – τον συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, καθώς από αυτή την ιδιότητα εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό, για παράδειγμα, το επίπεδο άνεσης στο σπίτι.

Τι είναι ο ΣΘΑ ενός δομικού υλικού;

Θεωρητικά, αλλά και πρακτικά, με τα δομικά υλικά συνήθως δημιουργούνται δύο επιφάνειες – η εξωτερική και η εσωτερική. Από φυσική άποψη, η θερμή περιοχή πάντα τείνει προς την ψυχρή περιοχή.

Όσον αφορά το δομικό υλικό, η θερμότητα θα τείνει από τη μία επιφάνεια (θερμότερη) προς την άλλη επιφάνεια (ψυχρότερη). Αυτή ακριβώς η ικανότητα του υλικού ως προς αυτή τη μετάβαση ονομάζεται – συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας ή με συντομογραφία – ΣΘΑ.

Σχήμα που εξηγεί το φαινόμενο της θερμικής αγωγιμότητας: 1 – θερμική ενέργεια, 2 – συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, 3 – θερμοκρασία πρώτης επιφάνειας, 4 – θερμοκρασία δεύτερης επιφάνειας, 5 – πάχος δομικού υλικού

Το χαρακτηριστικό του ΣΘΑ συνήθως βασίζεται σε δοκιμές, όπου λαμβάνεται ένα πειραματικό δείγμα διαστάσεων 100×100 cm και του εφαρμόζεται θερμική επίδραση, λαμβάνοντας υπόψη διαφορά θερμοκρασίας των δύο επιφανειών 1 βαθμού. Χρόνος επίδρασης: 1 ώρα.

Συνεπώς, η θερμική αγωγιμότητα μετράται σε Watt ανά μέτρο ανά βαθμό (W/m°C). Ο συντελεστής συμβολίζεται με το ελληνικό γράμμα λ.

Από προεπιλογή, η θερμική αγωγιμότητα διαφόρων δομικών υλικών με τιμή μικρότερη από 0,175 W/m°C κατατάσσει αυτά τα υλικά στην κατηγορία των μονωτικών.

Με τη σύγχρονη παραγωγή έχουν αναπτυχθεί τεχνολογίες κατασκευής δομικών υλικών, των οποίων το επίπεδο ΣΘΑ είναι μικρότερο από 0,05 W/m°C. Χάρη σε τέτοια προϊόντα, επιτυγχάνεται σαφές οικονομικό όφελος όσον αφορά την κατανάλωση ενεργειακών πόρων.

Επίδραση παραγόντων στο επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας

Κάθε επιμέρους δομικό υλικό έχει συγκεκριμένη δομή και κατέχει μια ιδιόμορφη φυσική κατάσταση.

Βάση αυτού είναι:

• η διάσταση των κρυστάλλων της δομής;
• κατάσταση φάσης της ύλης;
• βαθμός κρυστάλλωσης;
• ανισοτροπία θερμικής αγωγιμότητας κρυστάλλων;
• όγκος πορώδους και δομής;
• κατεύθυνση θερμικής ροής.

Όλα αυτά είναι παράγοντες επιρροής. Ορισμένη επίδραση στο επίπεδο της θερμικής αγωγιμότητας ασκεί επίσης η χημική σύσταση και οι προσμίξεις. Η ποσότητα των προσμίξεων, όπως έδειξε η πράξη, ασκεί ιδιαίτερα έντονη επίδραση στο επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας των κρυσταλλικών συστατικών.

Τα μονωτικά οικοδομικά υλικά αποτελούν μια κατηγορία προϊόντων για κατασκευές, που δημιουργούνται λαμβάνοντας υπόψη ιδιότητες θερμικής αγωγιμότητας προσεγγίζουσες τις βέλτιστες. Ωστόσο, η επίτευξη ιδανικής θερμικής αγωγιμότητας διατηρώντας παράλληλα άλλες ιδιότητες είναι εξαιρετικά δύσκολη.

Με τη σειρά τους, επίδραση στη θερμική αγωγιμότητα ασκούν οι συνθήκες λειτουργίας του οικοδομικού υλικού – θερμοκρασία, πίεση, επίπεδο υγρασίας κ.λπ.

Δομικά υλικά με ελάχιστο ΣΘΑ

Σύμφωνα με έρευνες, την ελάχιστη τιμή θερμικής αγωγιμότητας (περίπου 0,023 W/m°C) διαθέτει ο ξηρός αέρας.

Από την άποψη της εφαρμογής ξηρού αέρα στη δομή του οικοδομικού υλικού, απαιτείται μια κατασκευή όπου ο ξηρός αέρας βρίσκεται εντός κλειστών πολυάριθμων χώρων μικρού όγκου. Δομικά, μια τέτοια διαμόρφωση παρουσιάζεται με τη μορφή πολυάριθμων πόρων εντός της δομής.

Εξ ου και το λογικό συμπέρασμα: χαμηλό επίπεδο θερμικής αγωγιμότητας πρέπει να διαθέτει ένα οικοδομικό υλικό του οποίου η εσωτερική δομή αποτελεί ένα πορώδες σχηματισμό.

Επιπλέον, ανάλογα με το μέγιστο επιτρεπόμενο πορώδες του υλικού, η τιμή θερμικής αγωγιμότητας προσεγγίζει την τιμή θερμικής αγωγιμότητας του ξηρού αέρα.

Στη δημιουργία οικοδομικού υλικού με ελάχιστη θερμική αγωγιμότητα συμβάλλει η πορώδης δομή. Όσο περισσότεροι πόροι διαφορετικού όγκου περιέχονται στη δομή του υλικού, τόσο καλύτερη θερμική αγωγιμότητα είναι δυνατόν να επιτευχθεί.

Στη σύγχρονη παραγωγή εφαρμόζονται διάφορες τεχνολογίες για την επίτευξη πορώδους σε οικοδομικό υλικό.

Ειδικότερα, χρησιμοποιούνται τεχνολογίες:

• αφροποίησης;
• αεριοποίησης;
• υδροεγκλωβισμού;
• διογκώσεως;
• εισαγωγής προσθέτων;
• δημιουργίας ινωδών πλεγμάτων.

Πρέπει να σημειωθεί: ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας συνδέεται άμεσα με ιδιότητες όπως η πυκνότητα, η θερμοχωρητικότητα, η θερμική διαχυτότητα.

Η τιμή θερμικής αγωγιμότητας μπορεί να υπολογιστεί με τον τύπο:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Όπου:

• Q – ποσότητα θερμότητας;
• S – πάχος υλικού;
• T₁, T₂ – θερμοκρασία και από τις δύο πλευρές του υλικού;
• t – χρόνος.

Η μέση τιμή της πυκνότητας και της θερμικής αγωγιμότητας είναι αντιστρόφως ανάλογη με την τιμή του πορώδους. Επομένως, με βάση την πυκνότητα της δομής του οικοδομικού υλικού, η εξάρτηση της θερμικής αγωγιμότητας από αυτήν μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Όπου: d – η τιμή της πυκνότητας. Αυτός είναι ο τύπος του Β.Π. Νεκράσοφ, που δείχνει την επίδραση της πυκνότητας ενός συγκεκριμένου υλικού στην τιμή της θερμικής του αγωγιμότητας.

Επίδραση της υγρασίας στη θερμική αγωγιμότητα του δομικού υλικού

Και πάλι, με βάση τα παραδείγματα χρήσης οικοδομικών υλικών στην πράξη, προκύπτει η αρνητική επίδραση της υγρασίας στη θερμική αγωγιμότητα του υλικού. Έχει παρατηρηθεί ότι όσο περισσότερο υγραίνεται το οικοδομικό υλικό, τόσο υψηλότερη γίνεται η τιμή της θερμικής αγωγιμότητας.

Με διάφορους τρόπους, επιδιώκεται η προστασία του υλικού που χρησιμοποιείται στην οικοδομή από την επίδραση της υγρασίας. Αυτό το μέτρο είναι απολύτως δικαιολογημένο, λαμβάνοντας υπόψη την αύξηση του συντελεστή για το υγρό οικοδομικό υλικό.

Δεν είναι δύσκολο να δικαιολογηθεί αυτό το σημείο. Η επίδραση της υγρασίας στη δομή του οικοδομικού υλικού συνοδεύεται από την υγροποίηση του αέρα στους πόρους και τη μερική αντικατάσταση του αέριου περιβάλλοντος.

Λαμβάνοντας υπόψη ότι η παράμετρος του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας για το νερό είναι 0,58 W/m°C, γίνεται κατανοητή η σημαντική αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας του υλικού.

Θα πρέπει επίσης να σημειωθεί η ακόμη πιο αρνητική επίδραση, όταν το νερό που εισέρχεται στην πορώδη δομή επιπλέον παγώνει – μετατρέπεται σε πάγο.

Κατά συνέπεια, δεν είναι δύσκολο να υπολογιστεί μια ακόμη μεγαλύτερη αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας, λαμβάνοντας υπόψη τις παραμέτρους της θερμικής αγωγιμότητας του πάγου, που ισούται με 2,3 W/m°C. Η αύξηση είναι περίπου τετραπλάσια σε σχέση με τη θερμική αγωγιμότητα του νερού.

Ένας από τους λόγους για την απόρριψη της χειμερινής οικοδομής υπέρ της καλοκαιρινής κατασκευής είναι ακριβώς ο παράγοντας της πιθανής κατάψυξης ορισμένων οικοδομικών υλικών και, ως συνέπεια, η αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας.

Ως εκ τούτου, γίνονται προφανείς οι οικοδομικές απαιτήσεις σχετικά με την προστασία των μονωτικών οικοδομικών υλικών από την είσοδο υγρασίας. Διότι το επίπεδο της θερμικής αγωγιμότητας αυξάνεται σε άμεση αναλογία με την ποσοτική υγρασία.

Εξίσου σημαντικό φαίνεται και ένα άλλο σημείο – το αντίστροφο, όταν η δομή του οικοδομικού υλικού υποβάλλεται σε σημαντική θέρμανση. Η υπερβολικά υψηλή θερμοκρασία προκαλεί επίσης αύξηση της θερμικής αγωγιμότητας.

Αυτό συμβαίνει λόγω της αύξησης της κινηματικής ενέργειας των μορίων που αποτελούν τη δομική βάση του οικοδομικού υλικού.

Βέβαια, υπάρχει μια κατηγορία υλικών, των οποίων η δομή, αντιθέτως, αποκτά καλύτερες ιδιότητες θερμικής αγωγιμότητας σε συνθήκες ισχυρής θέρμανσης. Ένα από αυτά τα υλικά είναι το μέταλλο.

Ενώ υπό ισχυρή θέρμανση το μεγαλύτερο μέρος των ευρέως διαδεδομένων οικοδομικών υλικών αλλάζει τη θερμική αγωγιμότητα προς αύξηση, η ισχυρή θέρμανση του μετάλλου οδηγεί στο αντίθετο αποτέλεσμα – η θερμική αγωγιμότητα του μετάλλου μειώνεται.

Μέθοδοι προσδιορισμού του συντελεστή

Χρησιμοποιούνται διάφορες μέθοδοι προς αυτή την κατεύθυνση, αλλά στην πραγματικότητα όλες οι τεχνολογίες μέτρησης συνδυάζονται σε δύο ομάδες μεθόδων:

1. Κατάσταση σταθερών μετρήσεων.
2. Κατάσταση μη σταθερών μετρήσεων.

Η στατική μέθοδος περιλαμβάνει εργασία με παραμέτρους που δεν αλλάζουν με την πάροδο του χρόνου ή αλλάζουν σε μικρό βαθμό. Αυτή η τεχνολογία, σύμφωνα με τις πρακτικές εφαρμογές, επιτρέπει την επίτευξη πιο ακριβών αποτελεσμάτων του ΣΥΘ.

Οι ενέργειες για τη μέτρηση της θερμικής αγωγιμότητας, η στατική μέθοδος επιτρέπει τη διεξαγωγή σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών 20 – 700 °C. Ωστόσο, η στατική τεχνολογία θεωρείται μια χρονοβόρα και περίπλοκη μέθοδος που απαιτεί πολύ χρόνο για την εκτέλεση.

Παράδειγμα συσκευής που προορίζεται για τη μέτρηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας. Είναι μία από τις σύγχρονες ψηφιακές κατασκευές που εξασφαλίζουν γρήγορο και ακριβές αποτέλεσμα.

Η άλλη τεχνολογία μέτρησης – η μη στατική, φαίνεται πιο απλοποιημένη, απαιτώντας 10 έως 30 λεπτά για την εκτέλεση των εργασιών. Ωστόσο, σε αυτή την περίπτωση το εύρος θερμοκρασιών είναι σημαντικά περιορισμένο. Παρ' όλα αυτά, η μέθοδος έχει βρει ευρεία εφαρμογή στον τομέα της παραγωγής.

Πίνακας θερμικής αγωγιμότητας δομικών υλικών

Δεν έχει νόημα να μετρηθούν πολλά υπάρχοντα και ευρέως χρησιμοποιούμενα δομικά υλικά.

Όλα αυτά τα προϊόντα έχουν συνήθως δοκιμαστεί πολλές φορές, βάσει των οποίων καταρτίστηκε ένας πίνακας θερμικής αγωγιμότητας δομικών υλικών, ο οποίος περιλαμβάνει σχεδόν όλα τα απαραίτητα υλικά για την κατασκευή.

Μία παραλλαγή αυτού του πίνακα παρουσιάζεται παρακάτω, όπου ΚΤΠ – συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας:

Σας συνούμε να διαβάσετε και άλλα άρθρα μας, όπου εξηγούμε πώς να επιλέξετε σωστά το μονωτικό υλικό:

1. Μονωτικά υλικά για στέγη σοφίτας.
2. Υλικά για εσωτερική μόνωση του σπιτιού.
3. Μονωτικά υλικά για οροφή.
4. Υλικά για εξωτερική θερμομόνωση.
5. Μονωτικό υλικό για δάπεδο σε ξύλινο σπίτι.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο για το θέμα

Ένα θεματικό βίντεο όπου εξηγείται λεπτομερώς τι είναι το KTP και «με τι τρώγεται». Αφού εξοικειωθείτε με το υλικό που παρουσιάζεται στο βίντεο, υπάρχουν μεγάλες πιθανότητες να γίνετε επαγγελματίας οικοδόμος.

Είναι προφανές ότι ένας υποψήφιος οικοδόμος πρέπει οπωσδήποτε να γνωρίζει τη θερμική αγωγιμότητα και την εξάρτησή της από διάφορους παράγοντες. Αυτές οι γνώσεις θα βοηθήσουν να χτιστεί όχι μόνο ποιοτικά, αλλά με υψηλό βαθμό αξιοπιστίας και ανθεκτικότητας του αντικειμένου. Η χρήση του συντελεστή στην ουσία είναι μια πραγματική εξοικονόμηση χρημάτων, για παράδειγμα, στα ίδια τα κοινόχρηστα.

Αν έχετε ερωτήσεις ή πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με το θ'sμα του άρθου, παρακαλώ αφήστε τα σχόλια σας στο παρακάτω τμήμα.