Koeficient toplotne prevodnosti gradbenih materialov: kaj pomeni kazalnik + tabela vrednosti

Gradbeništvo predvideva uporabo vseh ustreznih materialov. Glavna merila so varnost za življenje in zdravje, toplotna prevodnost, zanesljivost. Sledijo cena, estetske lastnosti, vsestranskost uporabe itd.

Oglejmo si eno najpomembnejših značilnosti gradbenih materialov – koeficient toplotne prevodnosti, saj je prav od te lastnosti v veliki meri odvisna, na primer, raven udobja v hiši.

Kaj je KTP gradbenega materiala?

Teoretično in tudi praktično se z gradbenimi materiali praviloma ustvarjata dve površini – zunanja in notranja. S stališča fizike toplo območje vedno stremi k hladnemu območju.

Pri gradbenem materialu bo toplota stremela od ene površine (bolj tople) k drugi površini (manj topli). Pravzaprav se sposobnost materiala za tak prehod imenuje – koeficient toplotne prevodnosti ali v kratici – KTP.

Shema, ki pojasnjuje učinek toplotne prevodnosti: 1 – toplotna energija; 2 – koeficient toplotne prevodnosti; 3 – temperatura prve površine; 4 – temperature druge površine; 5 – debelina gradbenega materiala

Značilnost KTP običajno temelji na preskusih, kjer se vzame eksperimentalni primerek velikosti 100x100 cm in se nanj uporabi toplotni učinek ob upoštevanju temperaturne razlike dveh površin za 1 stopinjo. Čas učinka je 1 ura.

Posledično se toplotna prevodnost meri v vatih na meter na stopinjo (W/m°C). Koeficient se označuje z grškim simbolom λ.

Privzeto se toplotna prevodnost različnih gradbenih materialov z vrednostjo manjšo od 0,175 W/m°C šteje za izolacijske materiale.

Sodobna proizvodnja je obvladala tehnologije izdelave gradbenih materialov, katerih raven KTP znaša manj kot 0,05 W/m°C. Zahvaljujoč takšnim izdelkom je mogoče doseči izrazit ekonomski učinek glede porabe energetskih virov.

Vpliv dejavnikov na raven toplotne prevodnosti

Vsak posamezen gradbeni material ima določeno zgradbo in specifično fizično stanje.

Osnova tega so:

• velikost kristalov strukture;
• fazno stanje snovi;
• stopnja kristalizacije;
• anizotropija toplotne prevodnosti kristalov;
• obseg poroznosti in strukture;
• smer toplotnega toka.

Vse to so dejavniki vpliva. Določen vpliv na raven KTP imata tudi kemična sestava in primesi. Količina primesi, kot je pokazala praksa, ima še posebej izrazit vpliv na stopnjo toplotne prevodnosti kristalnih komponent.

Izolacijski gradbeni materiali so razred izdelkov za gradbeništvo, ustvarjenih ob upoštevanju lastnosti KTP, približanih optimalnim lastnostim. Vendar je izredno težko doseči idealno toplotno prevodnost ob ohranjanju drugih lastnosti.

Po drugi strani pa na KTP vplivajo pogoji uporabe gradbenega materiala – temperatura, tlak, raven vlažnosti itd.

Gradbeni materiali z minimalnim KTP

Glede na raziskave ima najnižjo vrednost toplotne prevodnosti (približno 0,023 W/m°C) suh zrak.

Z vidika uporabe suhega zraka v strukturi gradbenega materiala je potrebna konstrukcija, kjer suh zrak prebiva v zaprtih številnih prostorih majhnega volumna. Konstrukcijsko je taka konfiguracija predstavljena v obliki številnih por znotraj strukture.

Od tod logičen zaključek: nizko raven KTP mora imeti gradbeni material, katerega notranja struktura je porozna tvorba.

Poleg tega se vrednost toplotne prevodnosti, odvisno od največje dovoljene poroznosti materiala, približa vrednosti KTP suhega zraka.

Ustvarjanju gradbenega materiala z minimalno toplotno prevodnostjo pripomore porozna struktura. Več kot je por različnega obsega v strukturi materiala, boljši KTP je mogoče doseči.

V sodobni proizvodnji se uporablja več tehnologij za doseganje poroznosti gradbenega materiala.

Zlasti se uporabljajo tehnologije:

• penjenja;
• tvorjenja plina;
• vodnega zapiranja;
• napihovanja;
• vnašanja dodatkov;
• ustvarjanja vlakenskih ogrodij.

Treba je opozoriti: koeficient toplotne prevodnosti je neposredno povezan z lastnostmi, kot so gostota, specifična toplota, temperaturna prevodnost.

Vrednost toplotne prevodnosti je mogoče izračunati po formuli:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Kjer je:

• Q – količina toplote;
• S – debelina materiala;
• T₁, T₂ – temperatura z obeh strani materiala;
• t – čas.

Povprečna vrednost gostote in toplotne prevodnosti je obratno sorazmerna z vrednostjo poroznosti. Zato je mogoče na podlagi gostote strukture gradbenega materiala izračunati odvisnost toplotne prevodnosti od nje takole:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Kjer: d – vrednost gostote. To je formula V. P. Nekrasova, ki prikazuje vpliv gostote določenega materiala na vrednost njegovega KTP.

Vpliv vlage na toplotno prevodnost gradbenega materiala

Ponovno, sodeč po primerih uporabe gradbenih materialov v praksi, se izkaže negativen vpliv vlage na KTP gradbenega materiala. Ugotovljeno je – bolj ko je gradbeni material izpostavljen vlagi, višja postane vrednost KTP.

Z različnimi načini si prizadevajo zaščititi material, uporabljen v gradbeništvu, pred vplivom vlage. Ta ukrep je povsem upravičen, glede na povišanje koeficienta za moker gradbeni material.

Utemeljiti takšen trenutek ni težko. Vpliv vlage na strukturo gradbenega materiala spremlja vlaženje zraka v porah in delno nadomeščanje zračnega okolja.

Glede na to, da parameter koeficienta toplotne prevodnosti za vodo znaša 0,58 W/m°C, postane razumljivo znatno povišanje KTP materiala.

Prav tako je treba opozoriti na bolj negativen učinek, ko voda, ki pride v porozno strukturo, dodatno zamrzne – spremeni se v led.

Posledično ni težko izračunati še večjega povečanja toplotne prevodnosti, ob upoštevanju parametrov KTP ledu, ki je enak vrednosti 2,3 W/m°C. Povečanje je približno štirikratno glede na parameter toplotne prevodnosti vode.

Eden od razlogov za opustitev zimske gradnje v korist gradnje poleti je prav dejavnik možnega zmrzovanja nekaterih vrst gradbenih materialov in posledično – povečanje toplotne prevodnosti.

Od tod postanejo očitne gradbene zahteve glede zaščite izolacijskih gradbenih materialov pred vdorom vlage. Saj raven toplotne prevodnosti narašča v neposredni sorazmernosti s količinsko vlago.

Prav tako pomemben se zdi drugi trenutek – obraten, ko je struktura gradbenega materiala izpostavljena znatnemu segrevanju. Prekomerno visoka temperatura prav tako povzroči rast toplotne prevodnosti.

To se zgodi zaradi povečanja kinetične energije molekul, ki tvorijo strukturno osnovo gradbenega materiala.

Res pa obstaja razred materialov, katerih struktura, nasprotno, pridobi boljše lastnosti toplotne prevodnosti v načinu močnega segrevanja. Eden takšnih materialov je kovina.

Če pod močnim segrevanjem večina široko razširjenih gradbenih materialov spremeni toplotno prevodnost v smeri povečanja, močno segrevanje kovine povzroči nasprotni učinek – KTP kovine se zniža.

Metode določanja koeficienta

Uporabljajo se različne metodologije na tem področju, vendar so vse merilne tehnologije v resnici združene v dve skupini metod:

1. Režim stacionarnih meritev.
2. Režim nestacionarnih meritev.

Stacionarna metodika predvideva delo s parametri, ki so skozi čas nespremenljivi ali se neznatno spreminjajo. Ta tehnologija, sodeč po praktičnih uporabah, omogoča natančnejše rezultate KTP.

Dejanja, namenjena meritvam toplotne prevodnosti, stacionarna metoda omogoča izvajanje v širokem temperaturnem območju – 20–700 °C. Vendar pa se stacionarna tehnologija šteje za naporno in zapleteno metodiko, ki zahteva veliko časa za izvedbo.

Primer aparata, namenjenega za izvajanje meritev koeficienta toplotne prevodnosti. To je ena izmed sodobnih digitalnih konstrukcij, ki zagotavlja hiter in natančen rezultat.

Druga merilna tehnologija – nestacionarna, se zdi bolj poenostavljena, saj za izvedbo del zahteva od 10 do 30 minut. Vendar pa je v tem primeru temperaturno območje bistveno omejeno. Kljub temu je metodika našla široko uporabo v industrijskem sektorju.

Tabela toplotne prevodnosti gradbenih materialov

Nima smisla meriti številnih obstoječih in široko uporabljanih gradbenih materialov.

Vsi ti izdelki so bili praviloma večkrat preizkušeni, na podlagi česar je bila sestavljena tabela toplotne prevodnosti gradbenih materialov, ki vključuje praktično vse materiale, potrebne na gradbišču.

Ena od različic takšne tabele je predstavljena spodaj, kjer je KTP – koeficient toplotne prevodnosti:

Priporočamo vam tudi, da preberete naše druge članke, v katerih opisujemo, kako pravilno izbrati izolacijo:

1. Izolacije za mansardno streho.
2. Materiali za notranjo izolacijo hiše.
3. Izolacije za strop.
4. Materiali za zunanjo toplotno izolacijo.
5. Izolacija za tla v leseni hiši.

Zaključki in koristen video na to temo

Videoposnetek, ki je tematsko usmerjen in dovolj podrobno pojasnjuje, kaj je KTP in 's čim ga jemo'. Ko se seznanite z gradivom, predstavljenim v posnetku, se povečajo možnosti, da postanete profesionalni gradbenik.

Očitno je, da mora potencialni gradbenik nujno poznati toplotno prevodnost in njeno odvisnost od različnih dejavnikov. To znanje mu bo pomagalo graditi ne le kakovostno, ampak z visoko stopnjo zanesljivosti in trajnosti objekta. Bistveno je, da uporaba koeficienta dejansko prihrani denar, na primer pri plačilu komunalnih storitev.

Če imate vprašanja ali dragocene informacije o temi članka, vas prosimo, da pustite svoje komentarje v spodnjem okvirju.