2

1 Державна бюджетна освітня установа вищої професійної освіти Московської області «Міжнародний університет природи, суспільства та людини «Дубна» (Університет «Дубна»)

2 ЗАТ «Міжрегіональне виробниче об'єднання технічного комплектування «ТЕХНОКОМПЛЕКТ» (ЗАТ «МПОТК «ТЕХНОКОМПЛЕКТ»)

Розроблено метод вимірювання теплопровідності полікристалічних алмазних пластин. Метод включає нанесення з протилежних сторін пластини двох тонкоплівкових термометрів опору, виконаних за мостовою схемою. З одного боку, у місці розташування одного з термометрів опору пластина нагрівається за допомогою контакту з гарячим мідним стрижнем. З протилежного боку (у місці розташування іншого термометра опору) проводиться охолодження пластини за допомогою контакту з мідним стрижнем, що охолоджується водою. Тепловий потік, що протікає через пластину, вимірюється за допомогою термопар, встановлених на гарячому мідному стрижні, та регулюється автоматичним пристроєм. Тонкоплівкові термометри опору, нанесені методом вакуумної депозиції, мають товщину 50 нанометрів і складають практично одне з поверхнею пластини. Тому температури, що вимірюються, точно відповідають температурам на протилежних поверхнях пластини. Висока чутливість тонкоплівкових термометрів опору забезпечується завдяки підвищеному опору їх резисторів, що дозволяє використовувати напругу живлення моста не менше 20 В.

теплопровідність

полікристалічні алмазні пластини

тонкоплівковий мостовий датчик температури

1. Бітюков В.К., Петров В.А., Терьошин В.В. Методологія визначення коефіцієнта теплопровідності напівпрозорих матеріалів// Міжнародна теплофізична школа, Тамбов, 2004. - C. 3-9.

2. Духновський М.П., ​​Ратнікова А.К. Спосіб визначення теплофізичних характеристик матеріалу та пристрій для його здійснення//Патент РФ № 2319950 МПК G01N25/00 (2006).

3. Ковпаков А., Карташев Е. Контроль теплових режимів силових модулів. //Компоненти та технології. - 2010. - №4. - С. 83-86.

4. Визначення теплопровідності алмазних полікристалічних плівок з допомогою фотоакустичного ефекту // ЖТФ, 1999. – Т. 69. – Вип. 4. - С. 97-101.

5. Установка для вимірювання теплопровідності порошкових матеріалів // Тези доповідей, представлених на Третю міжнародну конференцію та Третю міжнародну Школу молодих вчених та спеціалістів «Взаємодія ізотопів водню з конструкційними матеріалами» (INISM-07). - Саров, 2007. - С. 311-312.

6. Царькова О.Г. Оптичні та теплофізичні властивості металів, керамік та алмазних плівок при високотемпературному лазерному нагріванні // Праці Інституту загальної фізики ім. А.М.Прохорова, 2004. - Т. 60. - C. 30-82.

7. Minituarized thin film temperature sensor for wide range of measurement // Proc. з 2nd IEEE International workshop on advances in sensors and interfaces, IWASI. - 2007. - P.120-124.

Сучасні компоненти електроніки, особливо силовий електроніки, виділяють значну кількість тепла. Для забезпечення надійної роботи цих компонентів в даний час створюються пристрої теплотводу, в яких використовуються пластини з синтетичних алмазів, що мають надвисоку теплопровідність. Точне вимірювання коефіцієнта теплопровідності цих матеріалів має значення для створення сучасних пристроїв силової електроніки.

Для вимірювання з прийнятною точністю величини теплопровідності в основному напрямку тепловідведення (перпендикулярно товщині пластини) необхідно створити на поверхні зразка тепловий потік з поверхневою щільністю не менше 20 внаслідок дуже великої теплопровідності полікристалічних алмазних пластин-тепловідводів. Описані в літературі методи, з використанням лазерних установок (див. ), Забезпечують недостатню поверхневу щільність теплового потоку 3,2 і, крім того, викликають небажаний розігрів вимірюваного зразка. Методи вимірювання теплопровідності, що використовують імпульсне нагрівання зразка сфокусованим променем, і методи, що використовують фотоакустичний ефект, не є прямими методами, і тому не можуть забезпечити необхідний рівень достовірності та точності вимірювань, а також вимагають складної апаратури та громіздких обчислень. Метод вимірювань, описаний у роботі, основою якого покладено принцип плоских теплових хвиль, придатний лише матеріалів із порівняно невисокою теплопровідністю. Метод стаціонарної теплопровідності може бути застосований тільки для вимірювання теплопровідності в напрямку вздовж пластини, а цей напрямок не є основним напрямком тепловідведення і не представляє наукового інтересу.

Опис вибраного методу вимірювань

Необхідну поверхневу щільність стаціонарного теплового потоку можна забезпечити за допомогою контакту гарячого мідного стрижня з одного боку алмазної пластини та контакту з холодним мідним стрижнем з протилежного боку алмазної пластини. Вимірюваний перепад температур може бути при цьому невеликим, наприклад, лише 2 °С. Тому необхідно досить точно вимірювати температуру з обох боків пластини у місцях контакту. Це можна зробити за допомогою мініатюрних тонкоплівкових термометрів опору, які можуть бути виготовлені методом вакуумної депозиції бруківки вимірювальної схеми термометра на поверхню пластини. У роботі описаний наш попередній досвід у конструюванні та виготовленні мініатюрних тонкоплівкових термометрів опору високої точності, який підтверджує можливість та корисність застосування цієї технології у цьому випадку. Тонкоплівкові термометри мають дуже малу товщину 50-80 нм, і тому їхня температура не відрізняється від температури поверхні пластини, на яку вони нанесені. Гарячий мідний стрижень нагрівається за допомогою електроізольованого ніхромового дроту, обмотаного навколо цього стрижня на значній довжині, щоб забезпечити підведення необхідної теплової потужності. Теплопровідність мідного стрижня забезпечує передачу в осьовому напрямку стрижня теплового потоку з щільністю щонайменше 20 . Вимірювання величини цього теплового потоку здійснюється за допомогою двох тонких хромель-алюмелевих термопар, розташованих на заданій відстані один від одного у двох перерізах по осі стрижня. Відведення потоку тепла, що проходить через пластину, здійснюється за допомогою мідного стрижня, що охолоджується водою. Для зниження теплових опорів у місцях контакту мідних стрижнів із пластиною застосовується силіконове мастило типу DowCorningTC-5022. Теплові контактні опори не впливають на величину теплового потоку, що вимірювається, вони викликають незначне підвищення температури пластини і нагрівача. Таким чином, теплопровідність пластини в основному напрямку тепловідведення визначається прямими вимірами величини теплового потоку, що проходить через пластину і перепаду температур на її поверхнях. Для цих вимірювань може бути використаний зразок пластини розмірами приблизно 8х8мм.

Слід зазначити, що тонкоплівкові термометри опору можуть бути використані надалі для моніторингу функціонування виробів силової електроніки, що містять алмазні тепловідвідні пластини. У літературі також наголошується на важливості вбудованого контролю теплового стану силових модулів.

Опис конструкції стенда, його основних елементів та приладів

Тонкоплівкові мостові датчики температури

Для високоточного вимірювання температури на поверхню пластини з штучного полікристалічного алмазу методом магнетронного напилення наноситься мостова схема термометра опору. У цій схемі два резистори виготовляються з платини або з титану, а два інших виготовляються з ніхрому. При кімнатній температурі опору всіх чотирьох резисторів однакові та рівні. Розглянемо випадок, коли два резистори виготовляються із платини. При зміні температури на опір резисторів зростає:

Суми опорів: . Опір моста дорівнює. Величина сигналу на вимірювальній діагоналі моста дорівнює: U m= I 1 R 0 (1+ 3,93.10 -3 Δ T)- I 4 R 0 ( 1+0,4.10 -3 Δ T) .

При малій зміні температури на кілька градусів можна прийняти припущення, що сумарний опір моста дорівнює R0, струм через плече моста дорівнює 0,5.U0/R0, де U0-напруга живлення моста. При цих припущеннях отримаємо величину вимірювального сигналу, що дорівнює:

U m= 0,5. U 0 . 3,53.10 -3 Δ T= 1,765.10 -3 .U 0 Δ T.

Припустимо, що величина Δ T= 2? Cтоді при напрузі живлення 20 В ми отримаємо величину вимірювального сигналу рівною U m=70 мВ. Зважаючи на те, що похибка вимірювальних приладів буде не більше 70 мкВ, ми отримаємо, що теплопровідність пластини може бути виміряна з похибкою не гірше 0,1%.

Для тензо- і терморезисторів зазвичай приймається величина потужності, що розсіюється, не більше 200 мВт. При напрузі живлення 20 це означає, що опір моста має бути не менше 2000 Ом. З технологічних причин терморезистор складається з n ниток шириною 30 мкм, розташованих з відривом 30 мікрон друг від друга. Товщина нитки резистора 50 нм. Довжина нитки резистора 1,5 мм. Тоді опір однієї нитки із платини дорівнює 106 Ом. 20 платинових ниток складуть резистор із опором 2120 Ом. Ширина резистора становитиме 1,2 мм. Опір однієї нитки з ніхрому дорівнює 1060 Ом. Отже, резистор з ніхрому матиме 2 нитки і ширину 0,12 мм. У тому випадку, коли два резистори R 0 , R 3 виготовляються з титану, чутливість датчика знизиться на 12%, однак замість 20 платинових ниток резистор можна буде виконати з 4-х титанових ниток.

На малюнку 1 представлена ​​схема тонкопленочного мостового датчика температури.

Рис.1. Тонкоплівковий мостовий датчик температури

Зразок пластини має розмір 8х8 мм і товщину 0,25 мм. Розміри відповідають тому випадку, коли використовуються платинові резистори, а резистори з ніхрому. З'єднання 2 резисторів між собою (заштриховані), контактні майданчики 3,4,5,6 шин живлення та вимірювання виконані мідно-нікелевими провідниками. Коло контакту з мідними стрижнями нагрівача 7, з одного боку, охолоджувача, з іншого боку має діаметр 5мм. Зображена малюнку 1 електрична схема термометра опору наноситься з обох сторін зразка-пластини. Для електроізоляції поверхня кожного термометра опору покривається тонкою плівкою двоокису кремнію або окису кремнію за допомогою вакуумної депозиції.

Пристрої нагріву та охолодження

Для створення стаціонарного перепаду температури між двома поверхнями алмазної пластини використовуються нагрівач та охолоджувач (рисунок 2).

Рис. 2. Схема стенду:

1 - корпус, 2 - корпус охолодження, 3 - алмазна пластина, 4 - стрижень нагрівача, 5 - ніхромовий дріт, 6 - склянка, 7 - теплоізоляція, 8 - гвинт мікрометричний, 9 - кришка корпусу, 10 - пружина тарілчаста, 11, 12 - термопари, 13 - сталева кулька,

14 - опорна пластина; 15 - гвинт.

Нагрівач складається з електроізольованого ніхромового дроту 5, яка намотана на мідний стрижень нагрівача 4. З зовнішнього боку нагрівач закритий мідною трубкою 6, оточеної теплоізоляцією 7. У нижній частині мідний стрижень 4має діаметр 5мм і торець стрижня 4контактує з поверхнею. З протилежного боку алмазна пластина контактує з верхньою циліндричною частиною мідного корпусу 2, що охолоджується водою (корпус охолодження). 11,12-хромель-алюмелеві термопари.

Позначимо температуру, що вимірюється термопарою 11, - температуру, що вимірюється термопарою 12, - температуру на поверхні пластини 3 з боку нагрівача, - температуру на поверхні пластини 3 з боку охолоджувача і - температуру води. В описаному пристрої мають місце теплообмінні процеси, що характеризуються такими рівняннями:

(1)

( (2)

) (4)

де: - Електрична потужність нагрівача,

Коефіцієнт корисної дії нагрівача,

Теплопровідність міді,

l-довжина контактного стрижня,

d- діаметр контактного стрижня,

Очікувана теплопровідність пластини 3,

t-товщина пластини,

Коефіцієнт відведення тепла для швидкості води,

Площа поверхні охолодження,

Об'ємна теплоємність води,

D-діаметр водопровідної трубки в корпусі охолодження,

Зміна температури води.

Допустимо, що перепад температур на пластині дорівнює 2°C. Тоді через пластину проходить тепловий потік 20. При діаметрі мідного стрижня рівному 5мм тепловому потоку відповідає потужність 392,4Вт. Приймаючи коефіцієнт корисної дії нагрівача рівним 0,5 отримаємо електричну потужність нагрівача 684,8 Вт. З рівнянь (3,4) випливає, що вода майже не змінює свою температуру, а температура на поверхні алмазної пластини 3 дорівнюватиме З рівнянь (1,2) отримаємо (при довжині контактного мідного стрижня дорівнює 2мм, і що температура, що вимірюється термопарою 11 дорівнює = 248 ºC.

Для нагрівання мідного стрижня 4використовується ніхромовий дріт5, в ізоляції. Кінці проводів нагрівача виходять через проточку в деталі 4.Провода нагрівача через товстіші мідні дроти приєднуються до симісторного підсилювача електричної потужності PR1500, який керується регулятором ТРМ148. Програма регулятора задається за величиною температури вимірюваної термопарою 11, яка використовується як зворотний зв'язок для регулятора.

Пристрій охолодження зразка складається з мідного корпусу 2, що має у верхній частині контактний циліндр діаметром 5мм. Корпус 2 охолоджується водою.

Нагрівальний пристрій встановлюється на тарілчасту пружину 10 і пов'язано з головкою точного гвинта 8 за допомогою кульки 13, який розташований у поглибленні деталі 4.Пружина 10 дозволяє регулювати напруги в контакті стрижня 4 зі зразком 3. Це досягається обертанням верхньої головки точного гвинта 8. Певному переміщенню гвинта відповідає відоме зусилля пружини 10. Виробляючи початкову градуювання зусиль пружини без зразка при контакті стрижня 4 з корпусом 2, ми можемо досягти хорошого механічного контакту поверхонь при допустимих напругах. У разі необхідності точного вимірювання контактної напруги конструкцію стенду можна доопрацювати, з'єднавши корпус 2 тарованими пластинчастими пружинами з нижньою частиною корпусу стенду 1.

Термопари 11 і 12 встановлюються, як показано на малюнку 2 у вузькі пропили в головці стрижня 4. Термопарний дріт хромель і алюмель діаметром 50 мкм зварюється між собою і для електроізоляції покривається епоксидним клеєм, потім встановлюється у пропил і закріплюється клеєм. Можна також зачеканити кінець кожного виду термопарного дроту поблизу один одного без утворення спаю. На відстані 10 см до тонких термопарних дротів потрібно підпаяти більш товсті (0,5 мм) однойменні дроти, які будуть приєднані до регулятора та мультиметра.

Висновок

За допомогою методу та засобів вимірювань, описаних у цій роботі, можна з високою точністю проводити вимірювання коефіцієнта теплопровідності пластин із синтетичних алмазів.

Розробка методу вимірювання теплопровідності проводиться в рамках роботи «Розробка перспективних технологій та конструкцій виробів інтелектуальної силової електроніки для застосування в апаратурі побутового та промислового призначення, на транспорті, паливно-енергетичному комплексі та спеціальних системах (силовий модуль з полікристалічним алмазним тепловідведенням)» при фінансовій підтримці Міністерства освіти і науки Російської Федерації у рамках державного контракту № 14.429.12.0001 від 05 березня 2014 р.

Рецензенти:

Акішин П.Г., д.ф-м.н., старший науковий співробітник (доцент), заступник начальника відділу, Лабораторія інформаційних технологій, Об'єднаний інститут ядерних досліджень (ОІЯД), м. Дубна;

Іванов В.В., д.ф-м.н., старший науковий співробітник (доцент), головний науковий співробітник, Лабораторія інформаційних технологій, Об'єднаний інститут ядерних досліджень (ОІЯД), м. Дубна.

Бібліографічне посилання

Міодушевський П.В., Бакмаєв С.М., Тінгаєв Н.В. ТОЧНИЙ ВИМІР СВЕРХВИСОКОГО КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МАТЕРІАЛУ НА ТОНКИХ ПЛАСТИНАХ // Сучасні проблеми науки та освіти. - 2014. - № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15040 (дата звернення: 01.02.2020). Пропонуємо до вашої уваги журнали, що видаються у видавництві «Академія Природознавства»

Фізичні методи аналізу ґрунтуються на використанні будь-якого специфічного фізичного ефекту або певної фізичної властивості речовини. Для газового аналізувикористовують щільність, в'язкість, теплопровідність, показник заломлення, магнітну сприйнятливість, дифузію, абсорбцію, емісію, поглинання електромагнітного випромінювання, а також селективну абсорбцію, швидкість звуку, тепловий ефект реакції, електричну провідність та ін. Деякі з цих фізичних властивостей та явищ уможливлюють безперервний газовий аналіз і дозволяють досягти високої чутливості та точності вимірювань. Вибір фізичної величини або явища дуже важливий для виключення впливу компонентів, що не вимірюються, що містяться в аналізованої суміші. Використання специфічних властивостей або ефектів дозволяє визначати концентрацію потрібного компонента багатокомпонентної газової суміші. Неспецифічні фізичні властивості можна використовувати, строго кажучи, лише для аналізу бінарних газових сумішей. В'язкість, показник заломлення та дифузія при аналізі газів практичного значення не мають.

Передача тепла між двома точками з різною температурою відбувається трьома шляхами: конвекцією, випромінюванням та теплопровідністю. При конвекціїпередача тепла пов'язана з перенесенням матерії (масопередачею); передача тепла випромінюваннямвідбувається без участі матерії. Передача тепла теплопровідністювідбувається за участю матерії, але без масопередачі. Передача енергії відбувається внаслідок зіткнення молекул. Коефіцієнт теплопровідності ( X) залежить тільки від виду речовини, що передає тепло. Він є специфічною характеристикою речовини.

Розмірність теплопровідності в системі СГС кал/(см см К), в технічних одиницях - ккалДмч-К), в міжнародній системі СІ - ВтДм-К). Співвідношення цих одиниць наступне: 1 кал/(см з К) = 360 ккалДм ч К) = 418,68 ВтДм-К).

Абсолютна теплопровідність при переході від твердих до рідких та газоподібних речовин змінюється від Х = 418,68 ВтДм-К)] (теплопровідності кращого провідника тепла - срібла) до Xпорядку 10 _6 (теплопровідність найменш провідних газів).

Теплопровідність газів сильно збільшується із зростанням температури. Для деяких газів (GH 4: NH 3) відносна теплопровідність із зростанням температури різко зростає, а для деяких (Ne) вона знижується. По кінетичній теорії теплопровідність газів має залежати від тиску. Однак різні причини призводять до того, що зі збільшенням тиску теплопровідність трохи збільшується. У діапазоні тисків від атмосферного до кількох мілібар теплопровідність не залежить від тиску, оскільки середня величина вільного пробігу молекул збільшується із зменшенням числа молекул в одиниці об'єму. При тиску -20 мбар довжина вільного пробігу молекул відповідає розміру камери вимірювання.

Вимір теплопровідності є найстарішим фізичним методом газового аналізу. Він був описаний в 1840, зокрема, в роботах А. Шлейєрмахера (1888-1889) і з 1928 застосовується в промисловості. У 1913 р. фірмою Сіменс було розроблено вимірювач концентрації водню для дирижаблів. Після цього протягом багатьох десятиліть прилади, засновані на вимірюванні теплопровідності, з великим успіхом розроблялися і широко застосовувалися в хімічній промисловості, що швидко зростає. Звісно, ​​що спочатку аналізували лише бінарні газові суміші. Найкращі результати отримують при великій різниці теплопровідності газів. Серед газів найбільшу теплопровідність має водень. Насправді виправдалося також вимірювання концентрації CO s в димових газах, оскільки теплопровідності кисню, азоту та оксиду вуглецю дуже близькі між собою, що дозволяє суміш цих чотирьох компонентів розглядати як квазібінарну .

Температурні коефіцієнти теплопровідності різних газів неоднакові, тому можна знайти температуру, при якій теплопровідності різних газів збігаються (наприклад, 490°С - для діоксиду вуглецю та кисню, 70°С - для аміаку та повітря, 75°С - для діоксиду вуглецю та аргону) . При вирішенні певної аналітичної проблеми ці збіги можна використовувати, прийнявши потрійну газову суміш за квазібінарну.

У газовому аналізі можна вважати, що теплопровідність є адитивною властивістю.Вимірявши теплопровідність суміші та знаючи теплопровідність чистих компонентів бінарної суміші, можна обчислити їх концентрації. Однак цю просту залежність не можна застосовувати до будь-якої бінарної суміші. Так, наприклад, суміші повітря - водяна пара, повітря - аміак, оксид вуглецю - аміак і повітря - ацетилен при певному співвідношенні складових мають максимальну теплопровідність. Тому застосування методу теплопровідності обмежена певною областю концентрацій. Для багатьох сумішей є нелінійна залежність теплопровідності та складу. Тому необхідно знімати кривувальну градуювальну, по якій повинна бути виготовлена ​​шкала реєструючого приладу.

Датчики теплопровідності(Термокондуктометричні датчики) складаються з чотирьох маленьких наповнених газом камер невеликого об'єму з поміщеними в них ізольовано від корпусу тонкими платиновими провідниками однакових розмірів і з однаковим електричним опором. Через провідники протікає однаковий постійний струм стабільної величини та нагріває їх. Провідники – нагрівальні елементи – оточені газом. Дві камери містять газ, що вимірюється, інші дві - порівняльний газ. Всі нагрівальні елементи включені в місток Уітетону, за допомогою якого вимірювання різниці температур близько 0,01 ° С не становить труднощів. Така висока чутливість вимагає точної рівності температур вимірювальних камер, тому всю вимірювальну систему поміщають у термостат або вимірювальну діагональ моста, включають опір для температурної компенсації. Доки відведення тепла від нагрівальних елементів у вимірювальних і порівняльних камерах однаковий, міст знаходиться в рівновазі. При подачі до вимірювальних камер газу з іншою теплопровідністю ця рівновага порушується, змінюється температура чутливих елементів і разом з цим їх опір. Результуючий струм вимірювальної діагоналі пропорційний концентрації вимірюваного газу. Для підвищення чутливості робочу температуру чутливих елементів слід підвищувати, однак слід стежити, щоб збереглася досить велика різниця теплопровідностей газу. Так, для різних газових сумішей є оптимальна по теплопровідності та чутливості температура. Часто перепад між температурою чутливих елементів та температурою стінок камер вибирається від 100 до 150°С.

Вимірювальні комірки промислових термокондуктометричних аналізаторів складаються, як правило, масивного металевого корпусу, в якому висвердлені вимірювальні камери. Цим забезпечуються рівномірний розподіл температур та хороша стабільність градуювання. Так як на показання вимірювача теплопровідності впливає швидкість газового потоку, введення газу вимірювальні камери здійснюють через байпасний канал. Рішення різних конструкторів для забезпечення необхідного обміну газами наведено нижче. В принципі, виходять з того, що основний газовий потік пов'язаний з'єднувальними каналами вимірювальними камерами, через які протікає газ під невеликим перепадом. При цьому дифузія та теплова конвекція мають вирішальний вплив на оновлення газу у вимірювальних камерах. Об'єм вимірювальних камер може бути дуже малим (кілька кубічних міліметрів), що забезпечує невеликий вплив конвективної тепловіддачі на результат вимірювання. Для зменшення каталітичного ефекту платинових провідників їх у різний спосіб заплавляють у тонкостінні скляні капіляри. Для забезпечення стійкості камери вимірювання до корозії покривають склом всі газопровідні частини. Це дозволяє вимірювати теплопровідність сумішей, що містять хлор, хлористий водень та інші агресивні гази. Термокондуктометричні аналізатори із замкнутими порівняльними камерами поширені переважно у хімічній промисловості. Підбір відповідного порівняльного газу полегшує калібрування приладу. Крім того, можна отримати шкалу з пригніченим нулем. Для зменшення дрейфу нульової точки має бути забезпечена хороша герметичність порівняльних камер. В особливих випадках, наприклад, при сильних коливаннях складу газової суміші, можна працювати з проточними порівняльними камерами. При цьому за допомогою спеціального реагенту з вимірюваної газової суміші видаляють один з компонентів (наприклад, а розчином їдкого калію), а потім направляють газову суміш в порівняльні камери. Вимірювальна та порівняльна гілки розрізняються в цьому випадку лише відсутністю одного з компонентів. Такий спосіб часто уможливлює аналіз складних газових сумішей.

Останнім часом замість металевих провідників як чутливі елементи іноді використовують напівпровідникові терморезистори. Перевагою терморезисторів є у 10 разів вищий порівняно з металевими термоопірами температурний коефіцієнт опору. Цим досягається різке збільшення чутливості. Однак одночасно висуваються набагато вищі вимоги до стабілізації струму моста та температури стінок камер.

Раніше інших і найбільш широко термокондуктометричні прилади почали застосовувати для аналізу газів топкових печей, що відходять. Завдяки високій чутливості, високій швидкодії, простоті обслуговування та надійності конструкції, а також своїй невисокій вартості аналізатори цього типу надалі швидко впроваджувалися у промисловість.

Термокондуктометричні аналізатори пристосовані найкраще вимірювання концентрації водню в сумішах. При виборі порівняльних газів слід розглядати також суміші різних газів. Як приклад мінімальних діапазонів вимірювання для різних газів можна використовувати наведені нижче дані (табл. 6.1).

Таблиця 6.1

Мінімальні діапазони вимірювання для різних газів,

% до обсягу

Максимальним діапазоном вимірювання найчастіше є діапазон 0-100%, при цьому 90 або навіть 99% можуть бути пригнічені. В окремих випадках термокондуктометрический аналізатор дає можливість мати одному приладі кілька різних діапазонів виміру. Це використовується, наприклад, при контролі процесів заповнення та спорожнення турбогенераторів, що охолоджуються воднем, на теплових електростанціях. Через небезпеку вибухів заповнення корпусу генератора виробляють не повітрям, а спочатку як продувний газ вводять діоксид вуглецю і потім вже водень. Аналогічно виробляють випуск газу із генератора. З досить високою відтворюваністю на одному аналізаторі можуть бути отримані наступні діапазони вимірювання: 0-100% (об'ємн.) СО (у повітрі для продування вуглекислим газом), 100-0% Н 2 СО (для заповнення воднем) і 100-80% Н 2 (у повітрі контролю чистоти водню під час роботи генератора). Це дешевий спосіб виміру.

Для визначення вмісту водню в хлористого калію, що виділяється при електролізі, хлорі за допомогою термокондуктометричного аналізатора можна працювати як з запаяним порівняльним газом (S0 2 , Аг), так і з проточним порівняльним газом. В останньому випадку суміш водню та хлору спочатку направляють у вимірювальну камеру, а потім у піч допалювання з температурою > 200°С. Водень згорає з надлишковим хлором та утворює хлористий водень. Суміш, що утворилася, НС і С1 2 подається в порівняльну камеру. При цьому по різниці теплопровідностей визначають концентрацію водню. Цей метод помітно знижує вплив домішки невеликих кількостей повітря.

Для зменшення похибки, що виникає при аналізі вологого газу, газ необхідно осушувати, що здійснюють або за допомогою поглинача вологи або зниженням температури газу нижче точки роси. Є ще одна можливість компенсувати вплив вологості, яка може бути застосована лише при проведенні вимірювання за схемою з проточним порівняльним газом.

Для роботи з вибухонебезпечними газами низка фірм виготовляє прилади у вибухобезпечному виконанні. У цьому випадку камери вимірювачів теплопровідності розраховують на високий тиск, на вході та на виході з камер встановлюють вогнеперегородники, а вихідний сигнал обмежується іскробезпечним рівнем. Однак такі прилади не можна використовувати для аналізу сумішей вибухонебезпечних газів з киснем або водню з хлором.

• Сантиметр – грам – секунда – система одиниць виміру, яка широко використовувалася до прийняття Міжнародної системи одиниць (СІ).

УДК 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 А. В. Лузіна, А. В. Рудін

ВИМІР ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ МЕТАЛЕВИХ ЗРАЗКІВ МЕТОДОМ СТАЦІОНАРНОГО ПОТОКУ ТЕПЛА

Анотація. Описується методика та конструктивні особливості установки для вимірювання коефіцієнта теплопровідності металевих зразків, виконаних у формі однорідного циліндричного стрижня або тонкої прямокутної пластини методом стаціонарного потоку тепла. Нагрівання досліджуваного зразка здійснюється за допомогою прямого електричного нагріву коротким імпульсом змінного струму, закріпленим у масивних мідних струмових затискачах, які одночасно виконують функцію тепловідведення.

Ключові слова: коефіцієнт теплопровідності, зразок, закон Фур'є, стаціонарний теплообмін, вимірювальна установка, трансформатор, мультимір, термопара.

Вступ

Перенесення теплової енергії від нагрітих ділянок твердого тіла до менш нагрітим за допомогою хаотично рухомих частинок (електронів, молекул, атомів тощо) називається явищем теплопровідності. Дослідження явища теплопровідності широко використовують у різних галузях промисловості, як-от: нафтова, авіаційно-космічна, автомобільна, металургійна, гірничорудна тощо.

Розрізняють три основні види теплообміну: конвекція, теплове випромінювання та теплопровідність. Теплопровідність залежить від природи речовини та її фізичного стану. При цьому в рідинах і твердих тілах (діелектриках) перенесення енергії здійснюється шляхом пружних хвиль, в газах - за допомогою зіткнення та дифузії атомів (молекул), а в металах - шляхом дифузії вільних електронів та за допомогою теплових коливань решітки. Передача тепла в тілі залежить від того, в якому стані воно знаходиться: газоподібний, рідкий або твердий.

Механізм теплопровідності в рідинах відрізняється від механізму теплопровідності в газах і має багато спільного з теплопровідністю твердих тіл. В областях із підвищеною температурою є коливання молекул із великою амплітудою. Ці коливання передаються суміжним молекул, і таким чином енергія теплового руху передається поступово від шару до шару. Цей механізм забезпечує порівняно малу величину коефіцієнта теплопровідності. З підвищенням температури більшості рідин коефіцієнт теплопровідності зменшується (виняток становлять вода і гліцерин, їм коефіцієнт теплопровідності збільшується з підвищенням температури) .

Явище перенесення кінетичної енергії з допомогою молекулярного руху на ідеальних газах обумовлено передачею тепла у вигляді теплопровідності. За рахунок хаотичності молекулярного руху молекули переміщуються у всіх напрямках. Переміщаючись із місць із вищою температурою до місць із нижчою температурою, молекули завдяки парним зіткненням передають кінетичну енергію руху. Внаслідок молекулярного руху відбувається поступове вирівнювання температури; у нерівномірно нагрітому газі передача тепла є перенесенням певної кількості кінетичної енергії при безладному (хаотичному) русі молекул. Зі зменшенням температури коефіцієнт теплопровідності газів знижується.

У металах основним передавачем тепла є вільні електрони, які можна уподібнити до ідеального одноатомного газу. Тому з деяким наближенням

Коефіцієнт теплопровідності будівельних та теплоізоляційних матеріалів з підвищенням температури збільшується, зі збільшенням об'ємної ваги він зростає. Коефіцієнт теплопровідності сильно залежить від пористості та вологості матеріалу. Теплопровідність різних матеріалів змінюється в діапазоні: 2-450 Вт/(м К).

1. Рівняння теплопровідності

Закон теплопровідності заснований на гіпотезі Фур'є про пропорційність теплового потоку різниці температур на одиниці довжини шляху перенесення тепла в одиницю часу. Чисельно коефіцієнт теплопровідності дорівнює кількості тепла, що протікає в одиницю часу через одиницю поверхні, при перепаді температури на одиниці довжини нормалі, що дорівнює одному градусу.

Відповідно до закону Фур'є, поверхнева щільність теплового потоку ч пропорційно

нальна градієнту температури -:

Тут множник X називається коефіцієнтом теплопровідності. Знак мінус вказує на те, що теплота передається у напрямку зменшення температури. Кількість теплоти, що пройшла в одиницю часу через одиницю ізотермічної поверхні, називається щільністю теплового потоку:

Кількість теплоти, що проходить в одиницю часу через ізотермічну поверхню Б називається тепловим потоком:

О = | чйБ = -1-кдП^Б. (1.3)

Повна кількість теплоти, що пройшла через цю поверхню Б за час т, визначиться з рівняння

Від =-ДЛ-^т. (1.4)

2. Граничні умови теплопровідності

Існують різні умови однозначності: геометричні - що характеризують форму та розміри тіла, в якому протікає процес теплопровідності; фізичні – що характеризують фізичні властивості тіла; тимчасові - характеризують розподіл температури тіла на початковий час; граничні - що характеризують взаємодію тіла з навколишнім середовищем.

Граничні умови І роду. У цьому випадку визначається розподіл температури на поверхні тіла для кожного моменту часу.

Граничні умови ІІ роду. В цьому випадку заданою є величина густини теплового потоку для кожної точки поверхні тіла в будь-який момент часу:

Яру = Я (Х, У, 2,1).

Граничні умови ІІІ роду. У цьому випадку визначається температура середовища T0 і умови теплообміну цього середовища з поверхнею тіла.

Граничні умови IV роду формуються виходячи з рівності теплових потоків, які проходять через поверхню зіткнення тел.

3. Експериментальна установка для вимірювання коефіцієнта теплопровідності

Сучасні методи визначення коефіцієнтів теплопровідності можна розділити на дві групи: методи стаціонарного потоку тепла та методи нестаціонарного потоку тепла.

У першій групі методів тепловий потік, що проходить через тіло або систему тіл, залишається постійним за величиною та напрямом. Температурне поле є стаціонарним.

У методах нестаціонарного режиму використовується змінне у часі температурне поле.

У цій роботі використаний один із методів стаціонарного потоку тепла – метод Кольрауша.

Блок-схема установки вимірювання теплопровідності металевих зразків показано на рис. 1.

Рис. 1. Блок-схема вимірювальної установки

Основним елементом установки є силовий понижувальний трансформатор 7, первинна обмотка якого підключена до автотрансформатора типу ЛАТР 10, а вторинна обмотка, виготовлена ​​з мідної шини прямокутного перерізу, що має шість витків, безпосередньо підключена до масивних мідних струмових затискачів 2, які одночасно виконують . Досліджуваний зразок 1 закріплюється в масивних мідних струмових затискачах 2 за допомогою масивних мідних болтів (на малюнку не показано), які одночасно виконують функцію тепловідведення. Контроль температури в різних точках досліджуваного зразка здійснюється за допомогою хромель-копелевих термопар 3 і 5 робочі кінці яких безпосередньо закріплюються на циліндричній поверхні зразка 1 - одна в центральній частині зразка, а інша на кінці зразка. Вільні кінці термопар 3 і 5 підключаються до мультимер типу ДТ-838 4 і 6, які дозволяють проводити вимірювання температури з точністю до 0,5 °С. Нагрівання зразка здійснюється за допомогою прямого електричного нагрівання коротким імпульсом змінного струму з вторинної обмотки силового трансформатора 7. , пропущена через вільний зазор кільцевого магнітного осердя. Вимірювання напруги вторинної обмотки трансформатора струму здійснюється мультимером 9.

Зміна величини імпульсного струму в досліджуваному зразку здійснюється за допомогою лінійного автотрансформатора 10 (ЛАТР), первинна обмотка якого через послідовно включені запобіжник мережевий 13 і кнопку 12 підключена до мережі змінного струму напругою 220 В. Падіння напруги на досліджуваному зразку в режимі допомогою мультимера 14, паралельно підключеного безпосередньо до струмових затискачів 2. Вимірювання тривалості імпульсів струму здійснюється за допомогою електричного секундоміра 11, підключеного до первинної обмотки лінійного автотрансформатора 10. Включення та вимкнення режиму нагрівання досліджуваного зразка забезпечується кнопкою 12.

Під час проведення вимірювань коефіцієнта теплопровідності на вищеописаній установці необхідно виконання таких умов:

Однорідність перерізу досліджуваного зразка по всій довжині;

Діаметр досліджуваного зразка повинен перебувати в інтервалі від 0,5 мм до 3 мм (інакше основна теплова потужність виділятиметься в силовому трансформаторі, а не в досліджуваному зразку).

Діаграма залежності температури від довжини зразка наведено на рис. 2.

Рис. 2. Залежність температури від довжини зразка

Як видно на наведеній діаграмі, залежність температури від довжини досліджуваного зразка носить лінійний характер з явно вираженим максимумом у центральній частині зразка, а на кінцях залишається мінімальною (постійною) та рівною температурі навколишнього середовища протягом інтервалу часу встановлення рівноважного режиму теплопередачі, яке для даної експериментальної установки вбирається у 3 хвилин, тобто. 180 секунд.

4. Виведення робочої формули для коефіцієнта теплопровідності

Кількість теплоти, що виділяється в провіднику при проходженні електричного струму, можна визначити за законом Джоуля Ленца:

Qел = 12-Я ^ = і I I, (4.1)

де І, I - напруга і сила струму в досліджуваному зразку; Я – опір зразка.

Кількість теплоти, що переноситься через поперечний переріз досліджуваного зразка за інтервал часу t, виконаного у вигляді однорідного циліндричного стрижня довжиною £ і перетином 5, можна розрахувати за законом Фур'є (1.4):

Qs = Я-йТ-5-t, (4.2)

де 5 = 2-5осн, 5осн = ^ 4-, ат = 2-ДТ = 2-(Гтах-Гтк1); й£ = Д£ = 1-£.

Тут коефіцієнти 2 та 1/2 вказують на те, що тепловий потік спрямований від

центру зразка для її кінців, тобто. роздвоюється на два потоки. Тоді

^^б = 8-Я-(Гтах-Тт|п) -Б^. (4.3)

5. Облік теплових втрат на бічну поверхню

§Ожр = 2- Ббок-ДТха, (5.1)

де Ббок = п-й-1; а - коефіцієнт теплообміну поверхні досліджуваного зразка з навколишнім середовищем, що має розмірність

Різниця температур

ДГх = Тх - Т0кр, (5.2)

де Тх - температура у цій точці поверхні зразка; Гокр – температура навколишнього середовища, можна розрахувати з лінійного рівняння залежності температури зразка від його довжини:

Тх = Т0 + к-х, (5.3)

де кутовий коефіцієнт можна визначити через тангенс кута нахилу лінійної залежності температури зразка від його довжини:

ДТ Т - Т Т - Т

до = ф = МТ * = Ттах Ттт = 2 "тах Vр. (5.4)

Підставляючи вирази (5.2), (5.3) та (5.4) в рівняння (5.1), отримаємо:

SQaup = 2a-nd■ dx■(+ kx-Т0Кр) dt,

де Т0 Тсжр.

8Q0Kp = 2a.nd ■ kx ■ dx ■ dt. (5.5)

Після інтегрування виразу (5.5) отримаємо:

Q0Kp = 2nd■ dk j jdt■ x■ dx = 2nd-a-k■-I - | ■ t = -4a^nd■ k■ I2 ■ t. (5.6)

Підставляючи отримані вирази (4.1), (4.3) і (5.6) в рівняння теплового балансу аолн = ожр + qs де Qпов = QЕЛ, отримаємо:

UIt = 8 ■Х ■ S^^^-o ■t + -a^n ■d ■ -(Tmax - To) ■t.

Вирішуючи отримане рівняння щодо коефіцієнта теплопровідності, отримаємо:

і1 а £2, л

Отримане вираз дозволяє визначати коефіцієнт теплопровідності тонких металевих стрижнів відповідно до проведених розрахунків для типових досліджуваних зразків з відносною похибкою.

AU f (AI f (Л(ЛГ) ^) (At2

не перевищує 1,5%.

Список літератури

1. Сівухін, Д. В. Загальний курс фізики / Д. В. Сівухін. - М.: Наука, 1974. - Т. 2. - 551 с.

2. Рудін, А. В. Дослідження процесів структурної релаксації в склоутворюючих об'єктах при різних режимах охолодження / А. В. Рудін // Вісті вищих навчальних закладів. Поволзький регіон. Природні науки. – 2003. – № 6. – С. 123-137.

3. Павлов, П. В. Фізика твердого тіла: навч. посібник для студентів, які навчаються за спеціальностями "Фізика" / П. В. Павлов, А. Ф. Хохлов. - М.: Вищ. шк., 1985. – 384 с.

4. Берман, Р. Теплопровідність твердих тіл/Р. Берман. – М., 1979. – 287 с.

5. Лівшиць, Б. Г. Фізичні властивості металів та сплавів / Б. Г. Лівшиць, В. С. Крапошин. - М.: Металургія, 1980. - 320 с.

Лузина Анна В'ячеславівна Luzina Anna Vyacheslavovna

магістрант, master degree student,

Пензенський державний університет Penza State University E-mail: [email protected]

Рудін Олександр Васильович

кандидат фізико-математичних наук, доцент, заступник завідувача кафедри фізики, Пензенський державний університет E-mail: [email protected]

Rudin Aleksandr Vasil"evich

candidate of physical and mathematical sciences, associate professor,

Deputy head of sub-department of physics, Penza State University

УДК 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 Лузіна, А. В.

Вимірювання теплопровідності металевих зразків методом стаціонарного потоку тепла /

А. В. Лузіна, А. В. Рудін // Вісник Пензенського державного університету. – 2016. – № 3 (15). -С. 76-82.

ГОСТ 7076-99

УДК 691:536.2.08:006.354 Група Ж19

МІЖДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ

МАТЕРІАЛИ ТА ВИРОБИ БУДІВЕЛЬНІ

Метод визначення теплопровідності та термічного опору

при стаціонарному тепловому режимі

BUILDING MATERIALS AND PRODUCTS

Метод визначення стереотипної держави thermal

conductivity і thermal resistance

Дата введення 2000-04-01

Передмова

1 РОЗРОБЛЕНО Науково-дослідним інститутом будівельної фізики (НДІСФ) Російської Федерації

ВНЕСЕН Держбудом Росії

2 ПРИЙНЯТЬ Міждержавною науково-технічною комісією зі стандартизації, технічного нормування та сертифікації у будівництві (МНТКС) 20 травня 1999 р.

Найменування держави	Найменування органу державного управління будівництвом
республіка Арменія	Міністерство містобудування Республіки Вірменія
Республіка Казахстан	Комітет у справах будівництва Міністерства енергетики, промисловості та торгівлі Республіки Казахстан
Киргизька Республіка	Державна інспекція з архітектури та будівництва при Уряді Киргизької Республіки
Республіка Молдова	Міністерство розвитку територій, будівництва та комунального господарства Республіки Молдова
російська Федерація	Держбуд Росії
Республіка Таджикистан	Комітет у справах архітектури та будівництва Республіки Таджикистан
Республіка Узбекистан	Державний Комітет з архітектури та будівництва Республіки Узбекистан
	Державний Комітет будівництва, архітектури та житлової політики України

3 ВЗАМІН ГОСТ 7076-87

4 Введено в дію з 1 квітня 2000 р. як державний стандарт Російської Федерації постановою Держбуду Росії від 24 грудня 1999 р. № 89

Вступ

Цей стандарт гармонізований зі стандартами ISO 7345:1987 та ISO 9251:1987 в частині термінології та відповідає основним положенням ISO 8301:1991, ISO 8302:1991, що встановлюють методи визначення термічного опору та ефективної теплопровідності за допомогою приладу. охоронної зони.

Відповідно до стандартів ІСО у цьому стандарті встановлено вимоги до зразків, приладу та його градуювання, прийнято дві основні схеми випробування: асиметрична (з одним тепломіром) та симетрична (з двома тепломірами).

1 Область застосування

Цей стандарт поширюється на будівельні матеріали та вироби, а також на матеріали та вироби, призначені для теплової ізоляції промислового обладнання та трубопроводів, та встановлює метод визначення їх ефективної теплопровідності та термічного опору за середньої температури зразка від мінус 40 до + 200 °С.

Стандарт не поширюється на матеріали та вироби з теплопровідністю понад 1,5 Вт/(м × К).

ГОСТ 166-89 Штангенциркулі. Технічні умови

ГОСТ 427-75 Лінійки вимірювальні металеві. Технічні умови

ГОСТ 24104-88 Ваги лабораторні загального призначення та зразкові. Загальні технічні умови

3 Визначення та позначення

3.1 У цьому стандарті застосовують такі терміни з відповідними визначеннями.

Тепловий потік- кількість теплоти, що проходить через зразок за одиницю часу.

Щільність теплового потоку- Тепловий потік, що проходить через одиницю площі.

Стаціонарний тепловий режим- Режим, при якому всі теплофізичні параметри, що розглядаються, не змінюються з часом.

Термічний опір зразка- Відношення різниці температур лицьових граней зразка до щільності теплового потоку в умовах стаціонарного теплового режиму.

Середня температура зразка- Середньоарифметичне значення температур, виміряних на лицьових гранях зразка.

Ефективна теплопровідністьl effматеріалу(відповідає терміну «коефіцієнт теплопровідності», прийнятому в діючих нормах з будівельної теплотехніки) - відношення товщини зразка матеріалу, що випробовується. dдойого термічного опору R.

3.2 Позначення величин та одиниці виміру наведено в таблиці 1.

Таблиця 1

Позначення	Величина	Одиниця виміру
l eff	Ефективна теплопровідність	Вт/(м × К)
	Термічний опір	м 2 × К/Вт
	Товщина зразка до випробування
	Термічні опори стандартних зразків	м 2 × К/Вт
D T 1 , D Т 2	Різниця температур лицьових граней стандартних зразків
e 1 , e 2	Вихідні сигнали тепломіра приладу за його градуювання за допомогою стандартних зразків
f 1 , f 2	Градуювальні коефіцієнти тепломіра приладу за його градуювання за допомогою стандартних зразків	Вт/(мВ × м 2)
	Товщина зразка у процесі випробування
	Термічний опір випробуваного зразка	м 2 × К/Вт
	Відносна зміна маси зразка після сушіння
	Відносна зміна маси зразка у процесі випробування
	Маса зразка при отриманні від виробника
	Маса зразка після сушіння
	Маса зразка після випробування
D T u	Різниця температур лицьових граней випробуваного зразка
	Середня температура випробуваного зразка
	Температура гарячої лицьової грані випробуваного зразка
	Температура холодної лицьової грані випробуваного зразка
	Значення градуювального коефіцієнта тепломіра приладу, що відповідає значенню теплового потоку, що протікає через зразок, що випробовується після встановлення стаціонарного теплового режиму (при асиметричній схемі випробування)	Вт/(мВ × м 2)
	Вихідний сигнал тепломіра приладу після встановлення стаціонарного теплового потоку через зразок, що випробовується (при асиметричній схемі випробування)
	Термічний опір між лицьовою гранню зразка та робочою поверхнею плити приладу
l effu	Ефективна теплопровідність матеріалу випробуваного зразка	Вт/(м × К)
	Термічний опір листового матеріалу, з якого виготовлено дно та кришка ящика для зразка насипного матеріалу.	м 2 × К/Вт
f ¢ u , f² u	Значення градуювального коефіцієнта першого і другого тепломірів приладу, що відповідають значенню теплового потоку, що протікає через зразок, що випробовується після встановлення стаціонарного теплового режиму (при симетричній схемі випробування)	Вт/(мВ × м 2)
e ¢ u , e² u	Вихідний сигнал першого і другого тепломірів після встановлення стаціонарного теплового потоку через випробуваний зразок (при симетричній схемі випробування)
	Щільність стаціонарного теплового потоку, що проходить через випробуваний зразок
	Площа зони виміру
	Електрична потужність, що подається на нагрівач зони вимірювання гарячої плити приладу

4 Загальні положення

4.1 Сутність методу полягає у створенні стаціонарного теплового потоку, що проходить через плоский зразок певної товщини і спрямованого перпендикулярно до лицьових (найбільших) граней зразка, вимірювання щільності цього теплового потоку, температури протилежних лицьових граней та товщини зразка.

4.2 Кількість зразків, необхідна для визначення ефективної теплопровідності або термічного опору, та порядок відбору зразків повинні бути зазначені у стандарті на конкретний матеріал або виріб. Якщо у стандарті на конкретний матеріал або виріб не зазначено кількість зразків, що підлягають випробуванню, ефективну теплопровідність або термічний опір визначають на п'яти зразках.

4.3 Температура та відносна вологість повітря приміщення, в якому проводять випробування, повинні бути відповідно (295 ± 5) К та (50 ± 10) %.

5 Засоби вимірювання

Для проведення випробування застосовують:

прилад для вимірювання ефективної теплопровідності та термічного опору, атестований у встановленому порядку та задовольняє вимогам, наведеним у додатку А;

прилад визначення щільності волокнистих матеріалів за ГОСТ 17177;

прилад визначення товщини плоских волокнистих виробів за ГОСТ 17177;

електрошафа сушильна, верхня межа нагріву якого не менше 383 К, межа допустимої похибки завдання та автоматичного регулювання температури - 5 К;

штангенциркуль за ГОСТ 166:

Для вимірювання зовнішніх і внутрішніх розмірів з діапазоном вимірювання 0-125 мм, значенням відліку по ноніусу - 0,05 мм, межею похибки, що допускається - 0,05 мм;

Для вимірювання зовнішніх розмірів з діапазоном вимірювання 0-500 мм, значенням відліку по ноніусу - 0,1 мм, межею похибки, що допускається -0,1 мм;

лінійка металева вимірювальна за ГОСТ 427 з верхньою межею вимірювання 1000 мм, межею відхилення від номінальних значень довжини шкали і відстаней між будь-яким штрихом і початком або кінцем шкали - 0,2 мм;

лабораторні ваги загального призначення за ГОСТ 24104:

З найбільшою межею зважування 5 кг, ціною розподілу – 100 мг, середнє квадратичне відхилення показань ваг – не більше 50,0 мг, похибка від нерівноплечності коромисла – не більше 250,0 мг, межа допустимої похибки – 375 мг;

З найбільшою межею зважування 20 кг, ціною розподілу – 500 мг, середнє квадратичне відхилення показань ваг – не більше 150,0 мг, похибка від нерівноплечності коромисла – не більше 750,0 мг, межа допустимої похибки – 1500 мг.

Допускається застосування інших засобів вимірювання з метрологічними характеристиками та обладнання з технічними характеристиками не гірше, ніж зазначені в цьому стандарті.

6 Підготовка до випробування

6.1 Виготовляють зразок у вигляді прямокутного паралелепіпеда, найбільші (лицьові) грані якого мають форму квадрата зі стороною, що дорівнює стороні робочих поверхонь плит приладу. Якщо робочі поверхні плит приладу мають форму кола, то найбільші грані зразка повинні мати форму кола, діаметр якого дорівнює діаметру робочих поверхонь плит приладу (додаток А, п. А. 2.1).

6.2 Товщина зразка, що випробовується, повинна бути менше довжини ребра лицьової грані або діаметра не менше ніж у п'ять разів.

6.3 Грані зразка, що контактують із робочими поверхнями плит приладу, повинні бути плоскими та паралельними. Відхилення лицьових граней жорсткого зразка від паралельності має бути більше 0,5 мм.

Жорсткі зразки, що мають різнотовщинність та відхилення від площинності, шліфують.

6.4 Товщину зразка-паралелепіпеда вимірюють штангенциркулем з похибкою не більше 0,1 мм у чотирьох кутах на відстані (50,0 ± 5,0) мм від вершини кута та посередині кожної сторони.

Товщину зразка-диска вимірюють штангенциркулем з похибкою не більше 0,1 мм утворюючим, розташованим у чотирьох взаємно перпендикулярних площинах, що проходять через вертикальну вісь.

За товщину зразка приймають середньоарифметичне значення результатів усіх вимірів.

6.5 Довжину та ширину зразка в плані вимірюють лінійкою з похибкою не більше 0,5 мм.

6.6 Правильність геометричної форми та розміри зразка теплоізоляційного матеріалу визначають за ГОСТ 17177.

6.7 Середній розмір включень (гранули заповнювача, великі пори тощо), відмінних за своїми теплофізичними показниками від основного зразка, повинен становити не більше 0,1 товщини зразка.

Допускається випробування зразка, має неоднорідні включення, середній розмір яких перевищує 0,1 його товщини. У протоколі випробування має бути зазначений середній розмір включень.

6.8 Визначають масу зразка М 1 при отриманні від виробника.

6.9 Зразок висушують до постійної маси за температури, вказаної в нормативному документі на матеріал або виріб. Зразок вважають висушеним до постійної маси, якщо втрата маси після чергового висушування протягом 0,5 год не перевищує 0,1%. Після закінчення сушіння визначають масу зразка М 2 та його щільність r u, після чого зразок негайно поміщають або в прилад для визначення його термічного опору, або герметичний посудину.

Допускається випробування вологого зразка при температурі холодної лицьової грані більше 273 К та перепаді температури не більше 2 К на 1 см товщини зразка.

6.10 Зразок висушеного насипного матеріалу повинен бути поміщений у ящик, дно та кришка якого виготовлені з тонкого листового матеріалу. Довжина і ширина ящика повинні дорівнювати відповідним розмірам робочих поверхонь плит приладу, глибина - товщині зразка. Товщина зразка насипного матеріалу повинна бути не менш ніж у 10 разів більшою за середній розмір гранул, зерен і лусочок, з яких складається цей матеріал.

Відносна напівсферична випромінювальна здатність поверхонь дна та кришки ящика повинна бути більше 0,8 за тих температур, які ці поверхні мають у процесі випробування.

Термічний опір R Lлистового матеріалу, з якого виготовляють дно та кришку ящика, має бути відомо.

6.11 Пробу насипного матеріалу ділять на чотири рівні частини, які по черзі насипають у ящик, ущільнюючи кожну частину так, щоб вона зайняла відповідну їй частину внутрішнього об'єму ящика. Ящик закривають кришкою. Кришку прикріплюють до бокових стінок ящика.

6.12 Зважують ящик із зразком насипного матеріалу. За певним значенням маси ящика із зразком та попередньо визначеним значенням внутрішнього об'єму та маси порожнього ящика обчислюють щільність зразка насипного матеріалу.

6.13 Похибка визначення маси та розміру зразків не повинна перевищувати 0,5 %.

7 Проведення випробування

7.1 Випробування повинні проводитись на попередньо градуйованому приладі. Порядок та періодичність градуювання наведено у додатку Б.

7.2 Зразок, що підлягає випробуванню, поміщають у прилад. Розташування зразка – горизонтальне або вертикальне. При горизонтальному розташуванні зразка напрямок теплового потоку зверху вниз.

У процесі випробування різниця температур лицьових граней зразка D T uповинна становити 10-30 К. Середня температура зразка під час випробування має бути зазначена у нормативному документі на конкретний вид матеріалу чи виробу.

7.3 Встановлюють задані значення температур робочих поверхонь плит приладу та послідовно через кожні 300 с проводять вимірювання:

сигналів тепломіра е uі датчиків температур лицьових граней зразка, якщо щільність теплового потоку через випробовуваний зразок вимірюють за допомогою тепломіра;

потужності, що подається на нагрівач зони вимірювання гарячої плити приладу, і сигналів датчиків температур лицьових граней зразка, якщо щільність теплового потоку через зразок, що випробовується, визначають шляхом вимірювання електричної потужності, що подається на нагрівач зони вимірювання гарячої плити приладу.

7.4 Тепловий потік через випробуваний зразок вважають встановленим (стаціонарним), якщо значення термічного опору зразка, обчислені за результатами п'яти послідовних вимірювань сигналів датчиків температур і щільності теплового потоку, відрізняються один від одного менш ніж на 1 %, при цьому ці величини не зростають і не спадають монотонно.

7.5 Після досягнення стаціонарного теплового режиму вимірюють товщину вміщеного в прилад зразка d uштангенциркулем з похибкою трохи більше 0,5 %.

7.6 Після закінчення випробування визначають масу зразка M 3 .

8 Обробка результатів випробування

8.1 Обчислюють відносну зміну маси зразка внаслідок його сушіння т r та в процесі випробування т w і щільність зразка r uза формулами:

тr =(М 1 ¾ М 2 )/М 2 , (2)

тw= (М 2 ¾ М 3 )/М 3 , (3)

Об'єм випробуваного зразка V uобчислюють за результатами вимірювання його довжини та ширини після закінчення випробування, а товщини - у процесі випробування.

8.2 Обчислюють різницю температур лицьових граней D T uі середню температуру випробуваного зразка T muза формулами:

D T u = T 1u ¾ T 2u , (5)

T mu= (T 1u + T 2u .)/2 (6)

8.3 При обчисленні теплофізичних показників зразка та щільності стаціонарного теплового потоку в розрахункові формули підставляють середньоарифметичні значення результатів п'яти вимірювань сигналів датчиків різниці температур і сигналу тепломіра або електричної потужності, виконаних після встановлення стаціонарного теплового потоку через випробуваний зразок.

8.4 Під час проведення випробування на приладі, зібраному за асиметричною схемою, термічний опір зразка R uобчислюють за формулою

(7)

де R kприймають рівним 0,005м 2 × К/Вт, а для теплоізоляційних матеріалів та виробів – нулю.

8.5 Ефективну теплопровідність матеріалу зразка l effuобчислюють за формулою

(8)

8.6 Термічний опір R uта ефективну теплопровідність l effuзразка насипного матеріалу обчислюють за формулами:

, (9)

. (10)

8.7 Щільність стаціонарного теплового потоку q uчерез зразок, що випробовується на приладі, зібраному за асиметричною та симетричною схемами, обчислюють відповідно за формулами:

q u = f u e u , (11)

. (12)

8.8 При проведенні випробування на приладі з гарячою охоронною зоною, в якому густину теплового потоку визначають шляхом вимірювання електричної потужності, що подається на нагрівач зони вимірювання гарячої плити приладу, термічний опір, ефективну теплопровідність і густину стаціонарного теплового потоку через зразок обчислюють за формулами:

, (13)

, (14)

При випробуванні насипних матеріалів формули (13) і (14) замість R kпідставляють значення R L ..

8.9 За результат випробування приймають середньоарифметичні значення термічного опору та ефективної теплопровідності всіх випробуваних зразків.

9 Протокол випробування

У протоколі випробування мають бути наведені такі відомості:

Найменування матеріалу чи виробу;

Позначення та найменування нормативного документа, за яким виготовлено матеріал або виріб;

Підприємство-виробник;

Номер партії;

Дата виготовлення;

загальна кількість випробуваних зразків;

Тип приладу, у якому проведено випробування;

Положення зразків, що випробовуються (горизонтальне, вертикальне);

Методика виготовлення зразків насипного матеріалу із зазначенням термічного опору дна та кришки ящика, в якому випробовувалися зразки;

Розміри кожного зразка;

Товщина кожного зразка перед початком випробування та у процесі випробування із зазначенням, чи проводилося випробування при фіксованому тиску на зразок або при фіксованій товщині зразка;

Фіксований тиск (якщо він був фіксований);

Середній розмір неоднорідних включень у зразках (якщо є);

Методика сушіння зразків;

Відносна зміна маси кожного зразка внаслідок його доби;

Вологість кожного зразка до початку та після закінчення випробування;

Щільність кожного зразка у процесі випробування;

Відносна зміна маси кожного зразка, що сталася у процесі випробування;

Температура гарячої та холодної лицьових граней кожного зразка;

Різниця температур гарячої та холодної лицьових граней кожного зразка;

Середня температура кожного зразка;

Щільність теплового потоку через кожний зразок після встановлення стаціонарного теплового режиму;

Термічний опір кожного зразка;

Ефективна теплопровідність матеріалу кожного зразка;

Середньоарифметичне значення термічного опору всіх випробуваних зразків;

Середньоарифметичне значення ефективної теплопровідності всіх випробуваних зразків;

Напрямок теплового потоку;

Дата випробування;

Дата останнього градуювання приладу (якщо випробування проведено на обладнаному тепломіром приладі);

Для стандартних зразків, використаних під час градуювання приладу, має бути зазначено: тип, термічний опір, дата перевірки, термін дії перевірки, організація, яка проводила перевірку;

Оцінка похибки вимірювання термічного опору чи ефективної теплопровідності;

Заява про повну відповідність або часткову невідповідність процедури випробування вимогам цього стандарту. Якщо під час проведення випробування було допущено відхилення від вимог цього стандарту, вони повинні бути зазначені у протоколі випробування.

10 Похибка визначення ефективної теплопровідності

та термічного опору

Відносна похибка визначення ефективної теплопровідності та термічного опору даним методом не перевищує ±3 %, якщо випробування проведено у повній відповідності до вимог цього стандарту.

ДОДАТОК А

(обов'язкове)

Вимоги до приладів для визначення ефективної теплопровідності та термічного опору при стаціонарному тепловому режимі

А.1 Схеми приладу

Для вимірювання ефективної теплопровідності та термічного опору при стаціонарному тепловому режимі застосовують прилади:

Зібрані за асиметричною схемою, оснащені одним тепломіром, який розташований між зразком, що випробувається, і холодною плитою приладу або між зразком і гарячою плитою приладу (рисунок А.1);

Зібрані за симетричною схемою, оснащені двома тепломірами, один з яких розташований між зразком і холодною плитою приладу, а другий - між зразком і гарячою плитою приладу (рисунок А.2);

Прилад, в якому щільність теплового потоку, що проходить через зразок, що випробовується, визначають шляхом вимірювання електричної потужності, що подається на нагрівач зони вимірювання гарячої плити приладу (прилад з гарячою охоронною зоною) (рисунок А.3).

1 - нагрівач; 2 - тепломір; 3 - випробуваний зразок; 4 - холодильник

Малюнок А.1 - Схема приладу з одним тепломіром

1 - Нагрівач; 2 - тепломіри; 3 - холодильник; 4 - випробуваний зразок

Малюнок А.2 - Схема приладу із двома тепломірами

1 - холодильник; 2 - випробувані зразки; 3 - плити нагрівача зони виміру;

4 - обмотка нагрівача зони виміру; 5 – плити нагрівача охоронної зони;

6 - обмотка нагрівача охоронної зони

Малюнок А. 3 - Схема приладу із гарячою охоронною зоною

А.2 Нагрівач та холодильник

А.2.1 Плити нагрівача або холодильника можуть мати форму квадрата, сторона якого має бути не менше 250 мм, або кола, діаметр якого має бути не менше 250 мм.

А.2.2 Робочі поверхні плит нагрівача та холодильника мають бути виготовлені з металу. Відхилення від площинності робочих поверхонь має бути не більше 0,025% їхнього максимального лінійного розміру.

А.2.3 Відносна напівсферична випромінювальна здатність робочих поверхонь плит нагрівача і холодильника, що стикаються з зразком, що випробовується, повинна бути більше 0,8 при тих температурах, які ці поверхні мають в процесі випробування.

А.3 Тепломір

А.3.1 Розміри робочих поверхонь тепломіра повинні дорівнювати розмірам робочих поверхонь плит нагрівача та холодильника.

А. 3.2 Відносна напівсферична випромінювальна здатність лицьової грані тепломіра, що стикається з зразком, що випробовується, повинна бути більше 0,8 при тих температурах, які ця грань має в процесі випробування.

А. 3.3 Зона вимірювання тепломіра має бути розташована в центральній частині його лицьової грані. Її площа має становити не менше 10 % і не більше 40 % усієї площі лицьової грані.

А.3.4 Діаметр термопарних проводів, які застосовуються при виготовленні термоелектричної батареї тепломіра, повинен бути не більше 0,2 мм.

А.4 Датчики температури

Число датчиків температури на кожній робочій поверхні плит нагрівача або холодильника і лицьової грані тепломіра, що стикається з зразком, що випробовується, повинно дорівнювати цілій частині числа 10 Ö А і бути не менше двох. Діаметр проводів, які підходять до цих датчиків, повинен бути не більше 0,6 мм.

А.5 Електрична вимірювальна система

Електрична вимірювальна система повинна забезпечувати вимірювання сигналу датчиків різниці температур поверхонь з похибкою не більше 0,5 %, сигналу тепломіра - з похибкою не більше 0,6 % або електричної потужності, що подається на нагрівач зони вимірювання гарячої плити приладу - з похибкою не більше 0 2%.

Сумарна похибка вимірювання різниці температур поверхонь плит приладу і тепломіра, що стикаються з лицьовими гранями зразка, що випробовується, не повинна бути більше 1 %. Сумарна похибка - сума похибок, що виникають внаслідок спотворення температурного поля біля датчиків температури, зміни характеристик цих датчиків під впливом зовнішніх умов та похибки, що вноситься електричною вимірювальною системою.

А.6 Пристрій для вимірювання товщини зразка, що випробовується.

Прилад повинен бути оснащений пристроєм, що дозволяє виміряти товщину зразка в процесі випробування штангенциркулем з похибкою не більше 0,5%.

А.7 Каркас приладу

Прилад повинен бути оснащений каркасом, що дозволяє зберігати різну орієнтацію в просторі блоку приладу, що містить зразок, що випробовується.

А.8 Пристрій для фіксації випробуваного зразка

Прилад повинен бути оснащений пристроєм, який або створює постійний заданий тиск на зразок, що поміщається в прилад, або підтримує постійну величину зазору між робочими поверхнями плит приладу.

Максимальний тиск, створюваний цим пристроєм на зразок, що випробовується, повинен бути 2,5 кПа, мінімальний - 0,5 кПа, похибка завдання тиску - не більше 1,5 %.

А.9 Пристрій для зменшення бічних тепловтрат або теплонадходів зразка, що випробовується.

Бічні тепловтрати або теплонадходження в процесі випробування повинні бути обмежені за допомогою ізоляції бічних граней зразка, що випробовується, шаром теплоізоляційного матеріалу, термічний опір якого не менше термічного опору зразка.

А. 10 Кожух приладу

Прилад повинен бути оснащений кожухом, температура повітря в якому підтримується рівною середній температурі зразка.

ДОДАТОК Б

(обов'язкове)

Градуювання приладу, оснащеного тепломіром

Б.1 Загальні вимоги

Градуювання приладу, оснащеного тепломіром, слід проводити за допомогою трьох атестованих в установленому порядку стандартних зразків термічного опору, виготовлених відповідно з оптичного кварцового скла, органічного скла та пінопласту або скловолокна.

Розміри стандартних зразків повинні дорівнювати розмірам зразка, що підлягає випробуванню. У процесі градуювання приладу температура лицьових граней стандартних зразків повинна бути відповідно рівна тим температурам, які в процесі випробування матимуть лицьові грані випробуваного зразка.

Весь діапазон значень термічного опору, які можуть бути виміряні на приладі, слід розділити на два піддіапазони:

нижньою межею першого піддіапазону є мінімальне значення термічного опору, яке може бути виміряне на даному приладі; верхньою межею - значення термічного опору стандартного зразка, виготовленого з органічного скла і має товщину, що дорівнює товщині зразка, що підлягає випробуванню;

нижньою межею другого піддіапазону є верхня межа першого піддіапазону; верхньою межею - максимальне значення термічного опору, яке можна виміряти цьому приладі.

Б.2 Градуювання приладу, зібраного за асиметричною схемою

До початку градуювання слід оцінити чисельне значення термічного опору зразка, що підлягає випробуванню, за відомими довідковими даними і визначити, якому піддіапазону це значення належить. Градуювання тепломіра проводять лише у цьому піддіапазоні.

Якщо термічний опір зразка, що підлягає випробуванню, відноситься до першого піддіапазону, градуювання тепломіра

проводять за допомогою стандартних зразків, виготовлених з оптичного кварцового та органічного скла. Якщо термічний опір зразка відноситься до другого піддіапазон, градуювання проводять за допомогою стандартних зразків, виготовлених з органічного скла і теплоізоляційного матеріалу.

Поміщають у пристрій перший стандартний зразок з меншим термічним опором R S 1 , D T 1 його лицьових граней та вихідний сигнал тепломіра е 1 за методикою, описаною в розділі 7. Потім прилад поміщають другий стандартний зразок з великим термічним опором R S 2 , вимірюють різницю температур D T 2 його лицьових граней та вихідний сигнал тепломіра е 2 за цією ж методикою. За результатами цих вимірювань обчислюють градуювальні коефіцієнти f 1 та f 2 тепломіри за формулами:

Значення градуювального коефіцієнта тепломіра f u ,відповідне значення теплового потоку, що протікає через випробуваний зразок після встановлення стаціонарного теплового потоку, визначають шляхом лінійної інтерполяції за формулою

. (Б.3)

Б.З Градуювання приладу, зібраного за симетричною схемою

Методика визначення градуювального коефіцієнта кожного тепломіра приладу, зібраного за симетричною схемою, аналогічна методиці визначення градуювального коефіцієнта тепломіра, описаної в Б.2.

Б.4 Періодичність градуювання приладу

Градуювання приладу має бути проведене протягом 24 годин, що передують випробуванню або наступним за випробуванням.

Якщо згідно з результатами градуювань, що проводяться протягом 3 міс., зміна коефіцієнта градуювання тепломіра не перевищує ± 1 %, цей прилад можна градуювати один раз на 15 днів. У цьому випадку результати випробування можуть бути передані замовнику тільки після проведення градуювання, наступного за випробуванням, і якщо величина градуювального коефіцієнта, визначеного за результатами наступного градуювання, відрізняється від величини коефіцієнта, визначеного за результатами попереднього градуювання, не більше ніж ±1%.

Градуювальний коефіцієнт, що використовується при обчисленні теплофізичних показників зразка, що випробовується, визначають як середньоарифметичне значення двох зазначених величин цього коефіцієнта.

Якщо відмінність величини градуювального коефіцієнта перевищує ± 1 %, результати всіх випробувань, виконаних у проміжку часу між цими двома градуюваннями, вважають недійсними, і випробування мають бути проведені повторно.

ДОДАТОК В

Бібліографія

ISO 7345:1987 Теплоізоляція. Фізичні величини та визначення

ISO 9251:1987 Теплоізоляція. Режими перенесення тепла та властивості матеріалів

ISO 8301:1991 Теплоізоляція. Визначення термічного опору та пов'язаних із ним теплофізичних показників при стаціонарному тепловому режимі. Прилад оснащений тепломіром

ISO 8302:1991 Теплоізоляція. Визначення термічного опору та пов'язаних з ним теплофізичних показників. Прилад із гарячою охоронною зоною

Ключові слова: термічний опір, ефективна теплопровідність, стандартний зразок

Вступ

1 Область застосування

3 Визначення та позначення

4 Загальні положення

5 Засоби вимірювання

6 Підготовка до випробування

7 Проведення випробування

8 Обробка результатів випробування

9 Протокол випробування

10 Похибка визначення ефективної теплопровідності та термічного опору

Додаток А Вимоги до приладів для визначення ефективної теплопровідності та термічного опору при стаціонарному тепловому режимі

Додаток Б Градуювання приладу, оснащеного тепломіром

Додаток В Бібліографія

Якими б не були масштаби будівництва, насамперед розробляється проект. У кресленнях відбивається як геометрія будівлі, а й розрахунок основних теплотехнічних характеристик. Для цього потрібно знати теплопровідність будівельних матеріалів. Головна мета будівництва полягає у спорудженні довговічних споруд, міцних конструкцій, у яких комфортно без надмірних витрат на опалення. У зв'язку з цим дуже важливе знання коефіцієнтів теплопровідності матеріалів.

У цегли найкраща теплопровідність

Характеристика показника

Під терміном теплопровідність розуміється передача теплової енергії від нагрітих предметів до менш нагрітим. Обмін йде, доки не настане температурної рівноваги.

Теплопередача визначається відрізком часу, протягом якого температура у приміщеннях знаходиться відповідно до температури навколишнього середовища. Чим менший цей інтервал, тим більша провідність тепла будматеріалу.

Для характеристики провідності тепла використовується поняття коефіцієнта теплопровідності, що показує, скільки тепла за такий час проходить через площу поверхні. Чим цей показник вищий, тим більше теплообмін, і будівництво остигає набагато швидше. Таким чином, при будівництві рекомендується використовувати будматеріали з мінімальною провідністю тепла.

У цьому відео ви дізнаєтесь про теплопровідність будівельних матеріалів:

Як визначити тепловтрати

Головні елементи будівлі, через які йде тепло:

• двері (5-20%);
• підлогу (10-20%);
• дах (15-25%);
• стінки (15-35%);
• вікна (5-15%).

Рівень тепловтрати визначається за допомогою тепловізора. Про найважчі ділянки говорить червоний колір, про менші втрати тепла скаже жовтий і зелений. Зони, де найменші втрати, виділяються синім. Значення теплопровідності визначається лабораторних умовах, і матеріалу видається сертифікат якості.

Значення провідності тепла залежить від таких параметрів:

1. Пористість. Пори говорять про неоднорідність структури. Коли через них проходить тепло, охолодження буде мінімальним.
2. Вологість. Високий рівень вологості провокує витіснення сухого повітря крапельками рідини з пір, через що значення збільшується багаторазово.
3. Густина. Велика щільність сприяє активнішій взаємодії частинок. У результаті теплообмін та врівноваження температур протікає швидше.

Коефіцієнт теплопровідності

У будинку тепловтрати неминучі, а відбуваються вони, коли за вікном температура нижче, ніж у приміщеннях. Інтенсивність є змінною величиною і залежить від багатьох факторів, основні з яких:

1. Площа поверхонь, що у теплообміні.
2. Показник теплопровідності будматеріалів та елементів будівлі.
3. Різниця температури.

Для позначення коефіцієнта теплопровідності будматеріалів використовують грецьку літеру. Одиниця виміру – Вт/(м×°C). Розрахунок проводиться на 1 м 2 стіни метрової товщини. Тут приймається різниця температур 1°C.

Приклад із практики

Умовно матеріали діляться на теплоізоляційні та конструкційні. Останні мають найвищу теплопровідність, їх будують стіни, перекриття, інші огородження. За таблицею матеріалів, при будівництві стін із залізобетону для забезпечення малого теплообміну з навколишнім середовищем товщина їх має становити приблизно 6 м. Але тоді будова буде громіздкою і дорогою.

У разі неправильного розрахунку теплопровідності під час проектування мешканці майбутнього будинку задовольнятимуться лише 10% тепла від енергоносіїв. Тому будинки зі стандартних будматеріалів рекомендується додатково утеплювати.

При виконанні правильної гідроізоляції утеплювача велика вологість не впливає на якість теплоізоляції, і опір будови теплообміну стане набагато вищим.

Найбільш оптимальний варіант – використовувати утеплювач

Найбільш поширений варіант – поєднання несучої конструкції із високоміцних матеріалів з додатковою теплоізоляцією. Наприклад:

1. Каркасний будинок. Утеплювач укладається між стійками. Іноді, при невеликому зниженні теплообміну, потрібне додаткове утеплення зовні головного каркасу.
2. Спорудження із стандартних матеріалів. Коли стіни цегляні або шлакоблочні, утеплення проводиться зовні.

Будматеріали для зовнішніх стін

Стіни сьогодні зводяться з різних матеріалів, проте найпопулярнішими залишаються: дерево, цегла та будівельні блоки. Головним чином відрізняються щільність та провідність тепла будматеріалів. Порівняльний аналіз дозволяє знайти золоту середину у співвідношенні між цими параметрами. Чим щільність більше, тим більше здатність матеріалу, що несе, а значить, всієї споруди. Але тепловий опір стає меншим, тобто підвищуються витрати на енергоносії. Зазвичай, при меншій щільності є пористість.

Коефіцієнт теплопровідності та її щільність.

Утеплювачі для стін

Утеплювачі використовуються, коли не вистачає теплової опірності зовнішніх стін. Зазвичай для створення комфортного мікроклімату у приміщеннях достатньо товщини 5-10 см.

Значення коефіцієнта наводиться в наступній таблиці.

Теплопровідність вимірює здатність матеріалу пропускати тепло через себе. Вона сильно залежить від складу та структури. Щільні матеріали, такі як метали та камінь, є хорошими провідниками тепла, у той час як речовини з низькою щільністю, такі як газ та пориста ізоляція, є поганими провідниками.