Koeficijent toplinske provodljivosti građevinskih materijala: što znači pokazatelj + tablica vrijednosti

Građevinska struka predviđa korištenje bilo kojih prikladnih materijala. Glavni kriteriji su sigurnost za život i zdravlje, toplinska provodljivost, pouzdanost. Zatim slijede cijena, estetska svojstva, univerzalnost primjene itd.

Razmotrimo jednu od najvažnijih karakteristika građevinskih materijala – koeficijent toplinske provodljivosti, jer upravo o ovom svojstvu uvelike ovisi, na primjer, razina udobnosti u kući.

Što je KTP građevinskog materijala?

Teoretski, a i praktički također, građevinskim materijalima se u pravilu stvaraju dvije površine – vanjska i unutarnja. Sa stajališta fizike, toplo područje uvijek teži hladnom području.

Primijenjeno na građevinski materijal, toplina će težiti od jedne površine (toplije) prema drugoj površini (hladnije). Eto, zapravo se sposobnost materijala u odnosu na takav prijelaz naziva – koeficijent toplinske provodljivosti ili u skraćenici – KTP.

Shema koja objašnjava učinak toplinske provodljivosti: 1 – toplinska energija; 2 – koeficijent toplinske provodljivosti; 3 – temperatura prve površine; 4 – temperature druge površine; 5 – debljina građevinskog materijala

Karakteristika KTP-a obično se temelji na ispitivanjima, kada se uzima eksperimentalni primjerak dimenzija 100x100 cm i na njega se primjenjuje toplinski utjecaj uzimajući u obzir razliku temperatura dviju površina od 1 stupanj. Vrijeme djelovanja 1 sat.

Sukladno tome, toplinska provodljivost se mjeri u Wattima po metru po stupnju (W/m°C). Koeficijent se označava grčkim simbolom λ.

Prema zadanim postavkama, toplinska provodljivost različitih materijala za gradnju s vrijednošću manjom od 0,175 W/m°C, izjednačava te materijale s kategorijom izolacijskih.

Suvremenom proizvodnjom usvojene su tehnologije izrade građevinskih materijala čija razina KTP-a iznosi manje od 0,05 W/m°C. Zahvaljujući takvim proizvodima, postiže se izražen ekonomski učinak u pogledu potrošnje energetskih resursa.

Utjecaj čimbenika na razinu toplinske provodljivosti

Svaki pojedinačno uzeti građevinski materijal ima određenu strukturu i posjeduje osebujno fizičko stanje.

Osnova toga su:

• dimenzionalnost kristala strukture;
• fazno stanje tvari;
• stupanj kristalizacije;
• anizotropija toplinske vodljivosti kristala;
• volumen poroznosti i strukture;
• smjer toplinskog toka.

Sve su to čimbenici utjecaja. Određeni utjecaj na razinu KTV ima i kemijski sastav te primjese. Količina primjesa, kako je praksa pokazala, ima posebno izražen utjecaj na razinu toplinske vodljivosti kristalnih komponenti.

Izolacijski građevinski materijali – klasa proizvoda za građevinarstvo, stvorenih uzimajući u obzir svojstva KTV približena optimalnim svojstvima. Međutim, postići idealnu toplinsku vodljivost uz očuvanje ostalih kvaliteta iznimno je teško.

S druge strane, na KTV utječu uvjeti eksploatacije građevinskog materijala – temperatura, tlak, razina vlažnosti i dr.

Građevinski materijali s minimalnim KTP-om

Prema istraživanjima, minimalnu vrijednost toplinske vodljivosti (oko 0,023 W/m°C) ima suhi zrak.

Sa stajališta primjene suhog zraka u strukturi građevinskog materijala, potrebna je konstrukcija u kojoj suhi zrak boravi unutar zatvorenih brojnih prostora malog volumena. Konstrukcijski je takva konfiguracija predstavljena u obliku brojnih pora unutar strukture.

Odavde logičan zaključak: niskom razinom KTV mora posjedovati građevinski materijal čija unutarnja struktura predstavlja poroznu tvorbu.

Štoviše, ovisno o maksimalno dopuštenoj poroznosti materijala, vrijednost toplinske vodljivosti približava se vrijednosti KTV suhog zraka.

Stvaranju građevinskog materijala s minimalnom toplinskom vodljivošću pogoduje porozna struktura. Što više pora različitog volumena sadrži u strukturi materijala, to bolji KTV je moguće ostvariti.

U suvremenoj proizvodnji primjenjuju se nekoliko tehnologija za dobivanje poroznosti građevinskog materijala.

Konkretno, koriste se tehnologije:

• pjenjenje;
• stvaranje plina;
• vodozatvorenje;
• bubrenje;
• dodavanje dodataka;
• stvaranje vlaknastih karkasa;

Valja napomenuti: koeficijent toplinske vodljivosti izravno je povezan s takvim svojstvima kao što su gustoća, toplinski kapacitet, temperaturna vodljivost.

Vrijednost toplinske vodljivosti može se izračunati po formuli:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Gdje:

• Q – količina topline;
• S – debljina materijala;
• T₁, T₂ – temperatura s dvije strane materijala;
• t – vrijeme.

Prosječna veličina gustoće i toplinske vodljivosti obrnuto je proporcionalna veličini poroznosti. Stoga, polazeći od gustoće strukture građevinskog materijala, ovisnost toplinske vodljivosti o njoj može se izračunati na sljedeći način:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Gdje je: d – vrijednost gustoće. Ovo je formula V.P. Nekrasova, koja demonstrira utjecaj gustoće konkretnog materijala na vrijednost njegove KTV.

Utjecaj vlage na toplinsku provodljivost građevinskog materijala

Opet, sudeći prema primjerima korištenja građevinskih materijala u praksi, otkriva se negativan utjecaj vlage na KTP građevinskog materijala. Uočeno je – što je građevinski materijal izložen većem vlaženju, to vrijednost KTP postaje viša.

Različitim se načinima nastoji zaštititi materijal koi se korišti u graditeljstvu od utjecaja vlage. Ta je mjera potpuno opravdana, uzimajući u obzir povećanje koeficijenta za mokri građevinski materijal.

Opravdati takav trenutak nije teško. Utjecaj vlage na strukturu građevinskog materijala praćen je vlaženjem zraka u porama i djelomičnim zamjenjivanjem zračnog okoliša.

Uzimajući u obzir da parametar koeficijenta toplinske provodljivosti za vodu iznosi 0,58 W/m°C, postaje razumljivo značajno povećanje KTP materijala.

Također treba napomenuti negativniji učinak kada se voda koja ulazi u poroznu strukturu dodatno zamrzne – pretvara se u led.

Sukladno tome, nije teško izračunati još veće povećanje toplinske provodljivosti, uzimajući u obzir parametre KTP leda, koi iznosi 2,3 W/m°C. Povećanje je otprilike četiri puta u odnosu na parametar toplinske provodljivosti vode.

Jednim od razloga odustajanja od zimske gradnje u korist gradnje ljeti treba smatrati upravo čimbenik mogućeg smrzavanja nekih vrsta građevinskih materijala i kao posljedicu – povećanja toplinske provodljivosti.

Odatle postaju očigledni građevinski zahtjevi u vezi zaštite izolacijskih građevinskih materijala od prodiranja vlage. Uostalom, razina toplinske provodljivosti raste u izravnoj proporciji s kvantitativnom vlagom.

Ne manje značajnim čini se i drugi trenutak – obrnuti, kada je struktura građevinskog materijala izložena značajnom zagrijavanju. Prejerano visoka tempertura također potiče rast toplinske provodljivosti.

To se događa zbog povećanja kinetičke energije molekula koi čine strukturnu osnovu građevinskog materijala.

Istina, postoji klasa materijala čija struktura, naprotiv, dobiva bolja svojstva toplinske provodljivosti u načinu jakog zagrijavanja. Jedan od takvih materijala je metal.

Ako pod jakim zagrijavanjem većina široko rasprostranjenih građevinskih materijala mijenja toplinsku provodljivost u smjeru povećanja, jako zagrijavanje metala dovodi do obrnutog efekta – KTP metala se smanjuje.

Metode određivanja koeficijenta

Koriste se različite metodike u ovom smjeru, ali zapravo su sve tehnologije mjerenja ujedinjene u dvije skupine metoda:

1. Režim stacionarnih mjerenja.
2. Režim nestacionarnih mjerenja.

Stacionarna metodika podrazumijeva rad s parametrima koji su nepromjenjivi tijekom vremena ili se mijenjaju u neznatnoj mjeri. Ova tehnologija, sudeći po praktičnim primjenama, omogućuje računanje na preciznije rezultate KTP-a.

Radnje usmjerene na mjerenja toplinske provodljivosti, stacionarna metoda dopušta provoditi u širokom temperaturnom rasponu – 20 – 700 °C. No istovremeno, stacionarna tehnologija smatra se napornom i složenom metodom koja zahtijeva veliku količinu vremena za izvršenje.

Primjer aparata namijenjenog za provođenje mjerenja koeficijenta toplinske provodljivosti. To je jedna od suvremenih digitalnih konstrukcija koja osigurava brz i točan rezultat.

Druga tehnologija mjerenja – nestacionarna, čini se pojednostavljenijom, zahtijevajući za izvođenje radova od 10 do 30 minuta. Međutim, u ovom slučaju znatno je ograničen temperaturni raspon. Ipak, metodika je našla široku primjenu u uvjetima proizvodnog sektora.

Tablica toplinske provodljivosti građevinskih materijala

Podvrgavati mjerenjima mnoge postojeće i široko korištene građevinske materijale nema smisla.

Svi ti proizvodi su u pravilu višekratno ispitani, na temelju čega je sastavljena tablica toplinske provodljivosti građevinskih materijala, koja uključuje praktički sve potrebne materijale na gradilištu.

Jedna od varijanti takve tablice prikazana je u nastavku, gdje je KTP – koeficijent toplinske provodljivosti:

Preporučujemo vam da pročitate i druge naše članke u kojima objašnjavamo kako pravilno odabrati izolaciju:

1. Izolacija za mansardni krov.
2. Materijali za unutarnju izolaciju kuće.
3. Izolacija za strop.
4. Materijali za vanjsku toplinsku izolaciju.
5. Izolacija za pod u drvenoj kući.

Zaključci i koristan video na temu

Tematski usmjeren video u kojem se detaljno objašnjava što je KTP i "s čime se jede". Upoznavanjem s materijalom prikazanim u videu, povećavaju se šanse da postanete profesionalni graditelj.

Očita je činjenica – potencijalni graditelj mora znati o toplinskoj vodljivosti i njezinoj ovisnosti o različitim čimbenicima. Ovo znanje pomoći će graditi ne samo kvalitetno, već i s visokim stupnjem pouzdanosti i trajnosti objekta. U suštini, korištenje koeficijenta predstavlja stvarnu uštedu novca, primjerice na računima za komunalne usluge.

Ako imate pitanja ili korisne informacije o temi članka, molimo ostavite svoje komentare u bloku ispod.