Эта статья - попытка вникнуть в терминологию теплотехники, расчёты и может содержать трудноусвояемые умозаключения. Возможны головные боли и резь в глазах от приставки "тепло-". Итак, начнём!

 

Теплопередача и её коэффициент (Q)

     Теплопередача - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики. Всего существует три простых механизма передачи тепла - теплообмена:

• Теплопроводность

• Конвекция

• Тепловое излучение

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием этих трёх видов.

   Коэффициент теплопередачи в общем смысле показывает, какое количество теплоты переходит в единицу времени от более нагретого к менее нагретому теплоносителю через 1м² теплообменной поверхности при разности температур между теплоносителями 1К.

   Коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции - это величина, выражающая удельный тепловой поток, Вт/м² •К, проходящий за 1ч через 1м² поверхности ограждения при разности температур на ее поверхности, равной 1 К. Этот коэффициент бывает двух видов:

• трансмиссионный – величина, равная поверхностной плотности теплового потока, проходящего через конструкцию при разности внутренней и наружной температуры в один градус Кельвина (или Цельсия);

• приведенный –  средне взвешенный коэффициент теплопередачи теплотехнически неоднородной ограждающей конструкции.

Чем ниже этот показатель, тем лучше теплоизоляция!

 

Теплопроводность и её коэффициент (λ)

    Теплопроводность - процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела (процесс, происходящий в одном теле, в отличие от теплопередачи - процесса, происходящего между различными телами), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, электронами и пр.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур.

 Коэффициент теплопроводности характеризует способность вещества проводить тепло. Численно эта характеристика равна количеству теплоты, проходящей через образец материала толщиной в единицу длины (1м), площадью в единицу площади (1м²), за единицу времени (1 секунду) при единичном температурном градиенте (1К). В метрической системе мер единицей измерения коэффициента теплопроводности является Вт/(м·K). Этот коэффициент измерен для огромного количества строительных и не только элементов и является основной характеристикой утеплителей. В упрощённом изложении, коэффициент теплопроводности показывает, насколько хорошо элемент конструкции проводит тепло. Чем ниже этот показатель, тем лучше теплоизоляция! 

 В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры и эта зависимость известна как закон теплопроводности Фурье. Выглядит эта зависимость в интегральной форме так: Р=λ·S·ΔT/L, где P - полная мощность тепловых потерь (Вт), λ - коэффициент теплопроводности (Вт/(м·K)), S - площадь сечения элемента (площадь стены, крыши)(м²), ΔT - перепад температур между тёплой и холодной гранями элемента (К или °С), L - толщина элемента утеплителя. 

  Давайте попробуем разобраться на конкретном примере. Возьмём экструзионный пенопласт "Техноплекс" (λ=0,034 Вт/(м·K)) толщиной 10см (L=0.1м), и засунем его в качестве утеплителя во все стены каркасного дома размером 10х10м и высотой 3м (S=(10+10)*2*3=120м²), и посчитаем, сколько тепла (Р, ватт) будут пропускать такие стены, если на улице будет мороз -10°С, а в помещении +20°С (ΔT=30°С). P=0,034·120·30/0,1=1224 Ватт. Иными словами, на отопление 100 м² площади дома из пенопласта с высотой стенок 3м (правда, без окон и дверей) в зимний месяц при температуре -10°С понадобится 1,224·24·30=881,28 кВт·ч электроэнергии. Двухкиловатный электрокотёл вполне справится=))

    Кстати, теплопроводность воздуха - 0,026 Вт/(м·K), поэтому обычные утеплители в стенах (если мы рассматриваем Земную атмосферу, а не аргон или иные газы) не могут иметь коэффициент лучший, чем 0,026. Наиболее близко к этой цифре подобрался экструдированный графитовый пенополистирол с коэффициентом в сухом состоянии 0,027 Вт/(м·K). 
     Однако, и с таким выводом нынче можно спорить! =)  В последнее время появились различные аэрогели, которые имеют крайне малые поры, через которые может проходить нагретый воздух, достигая теплопроводности в невероятных 0,015 Вт/(м·К). Все из-за того, что размер пор в аэрогеле меньше, чем расстояние, которое пролетает молекула воздуха прежде, чем во что-нибудь врезаться. Из-за этого быстрым горячим молекулам воздуха очень трудно протолкнуться сквозь аэрогель и перенести тепло с горячей стороны к холодной.  Это называется Кнудсеновской диффузией. На основе аэрогелей существуют различные краски, мастики, его добавляют в пенополистирол, стеклохолст и прочие материалы, получая на первый взгляд невероятные теплотехнические характеристики. Про аэрогель рекомендую посмотреть вот это прекрасное видео.