Теплопроводность плоской стенки

Рассмотрим перенос тепла через однослойную плоскую стенку толщиной δ зимой (q = const). Температура внутренней поверхности стенки t_si, температура наружной поверхности - t_se. Тепло передается путем теплопроводности.

Плотность теплового потока через однородную плоскую стенку выражается формулой

Количество теплоты, проходящее через единицу поверхности стенки в единицу времени, прямо пропорционально коэффициенту теплопроводности λ, разности температур на поверхностях стенки (t_si - t_se) и обратно пропорционально толщине стенки δ.

λ – коэффициент теплопроводности материала, основная теплофизическая характеристика вещества. Характеризует способность материала проводить тепло.

Наихудшими проводниками теплоты являются газы. Коэффициент теплопроводности воздуха составляет 0,026 Вт/(м·˚C). Коэффициент теплопроводности воды примерно равен 0,6 Вт/(м · ˚C).

Металлы отличаются наибольшей теплопроводностью. Самый теплопроводный металл – серебро (458 Вт/(м · ˚C)), высокие коэффициенты λ у меди (384 Вт/(м · ˚C)), алюминия (204 Вт/(м · ˚C)).

Коэффициент теплопроводности строительных материалов зависит, главным образом, от химического состава, плотности (объемного веса) и влажностного состояния вещества. Чем меньше плотность строительного материала, тем больше его пористость и, как правило, тем меньше его коэффициент теплопроводности. Например, для керамзитобетона плотностью 1800 кг/м³ в сухом состоянии λ=0,66 Вт/(м · ˚C), а с плотностью 1000 кг/м³ λ=0,27 Вт/(м · ˚C).

Эффективные теплоизоляционные материалы имеют низкую плотность и теплопроводность. Например, теплопроводность пенополистирола составляет 0,041 – 0,05 Вт/(м·˚C).

Большое влияние на теплопроводность материалов оказывает их влажностное состояние: λ увеличивается с повышением влажности.

Для характеристики теплозащитных свойств однослойной стенки вводится термическое сопротивление R.

Тогда плотность теплового потока равна .

Единицы измерения R - м²·ºС/Вт.

Для многослойной конструкции, состоящей из n слоев, термическое сопротивление равно сумме сопротивлений отдельных слоев