Факторы, влияющие на величину теплопроводности
Теплопроводность материалов, используемых в строительстве, зависит от их параметров:
Зависимость теплопроводности газобетона от плотности.
- Пористость — наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. При прохождении теплового потока часть энергии передается через объем, занятый порами и заполненный воздухом. Принято за отсчетную точку принимать теплопроводность сухого воздуха (0,02 Вт/(м*°С)). Соответственно, чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.
- Структура пор — малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.
- Плотность — при больших значениях частицы более тесно взаимодействуют друг с другом и в большей степени способствуют передаче тепловой энергии. В общем случае значения теплопроводности материала в зависимости от его плотности определяются либо на основе справочных данных, либо эмпирически.
- Влажность — значение теплопроводности для воды составляет (0,6 Вт/(м*°С)). При намокании стеновых конструкций или утеплителя происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. Теплопроводность в этом случае значительно увеличится.
- Влияние температуры на теплопроводность материала отражается через формулу:
λ=λо*(1+b*t), (1)
где, λо — коэффициент теплопроводности при температуре 0 °С, Вт/м*°С;
b — справочная величина температурного коэффициента;
t — температура.
Минеральная вата в Москве
Все представленные в разделе «Минеральная вата» изделия выпускаются известными и отлично зарекомендовавшими себя высоким качеством своей продукции компаниями.
Вы всегда можете сделать заказ и оплатить его онлайн на официальном сайте Леруа Мерлен в России. Для жителей Московской области у нас не только низкие цены на товары категории “Минеральная вата”, но и быстрая доставка в такие города, как Москва, Балашиха, Подольск, Химки, Королёв, Мытищи, Люберцы, Красногорск, Электросталь, Коломна, Одинцово, Домодедово, Серпухов, Щёлково, Орехово-Зуево, Раменское, Долгопрудный, Пушкино, Реутов, Сергиев Посад, Воскресенск, Лобня, Ивантеевка, Дубна, Егорьевск, Чехов, Дмитров, Видное, Ступино, Павловский Посад, Наро-Фоминск, Фрязино, Лыткарино, Дзержинский, Солнечногорск, Истра и Жуковский.
Приложение А (обязательное)
Таблица А.1
Материалы (конструкции) | Эксплуатационная влажность материалов w, % по массе, при условиях эксплуатации | |
А | Б | |
1 Пенополистирол | 2 | 10 |
2 Пенополистирол экструзионный | 2 | 3 |
3 Пенополиуретан | 2 | 5 |
4 Плиты из резольно-фенолформальдегидного пенопласта | 5 | 20 |
5 Перлитопластбетон | 2 | 3 |
6 Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Аэрофлекс» | 5 | 15 |
7 Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука «Кфлекс» | ||
8 Маты и плиты из минеральной ваты (на основе каменного волокна и штапельного стекловолокна) | 2 | 5 |
9 Пеностекло или газостекло | 1 | 2 |
10 Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные | 10 | 12 |
11 Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе | 10 | 15 |
12 Плиты камышитовые | 10 | 15 |
13 Плиты торфяные теплоизоляционные | 15 | 20 |
14 Пакля | 7 | 12 |
15 Плиты на основе гипса | 4 | 6 |
16 Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка) | 4 | 6 |
17 Изделия из вспученного перлита на битумном связующем | 1 | 2 |
18 Гравий керамзитовый | 2 | 3 |
19 Гравий шунгизитовый | 2 | 4 |
20 Щебень из доменного шлака | 2 | 3 |
21 Щебень шлакопемзовый и аглопоритовый | 2 | 3 |
22 Щебень и песок из вспученного перлита | 5 | 10 |
23 Вермикулит вспученный | 1 | 3 |
24 Песок для строительных работ | 1 | 2 |
25 Цементно-шлаковый раствор | 2 | 4 |
26 Цементно-перлитовый раствор | 7 | 12 |
27 Гипсоперлитовый раствор | 10 | 15 |
28 Поризованный гипсоперлитовый раствор | 6 | 10 |
29 Туфобетон | 7 | 10 |
30 Пемзобетон | 4 | 6 |
31 Бетон на вулканическом шлаке | 7 | 10 |
32 Керамзитобетон на керамзитовом песке и керамзитопенобетон | 5 | 10 |
33 Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией | 4 | 8 |
34 Керамзитобетон на перлитовом песке | 9 | 13 |
35 Шунгизитобетон | 4 | 7 |
36 Перлитобетон | 10 | 15 |
37 Шлакопемзобетон (термозитобетон) | 5 | 8 |
38 Шлакопемзопено- и шлакопемзогазобетон | 8 | 11 |
39 Бетон на доменных гранулированных шлаках | 5 | 8 |
40 Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках | 5 | 8 |
41 Бетон на зольном гравии | 5 | 8 |
42 Вермикулитобетон | 8 | 13 |
43 Полистиролбетон | 4 | 8 |
44 Газо- и пенобетон, газо- и пеносиликат | 8 | 12 |
45 Газо- и пенозолобетон | 15 | 22 |
46 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-песчаном растворе | 1 | 2 |
47 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-шлаковом растворе | 1,5 | 3 |
48 Кирпичная кладка из сплошного кирпича глиняного обыкновенного на цементно-перлитовом растворе | 2 | 4 |
49 Кирпичная кладка из сплошного кирпича силикатного на цементно-песчаном растворе | 2 | 4 |
50 Кирпичная кладка из сплошного кирпича трепельного на цементно-песчаном растворе | 2 | 4 |
51 Кирпичная кладка из сплошного кирпича шлакового на цементно-песчаном растворе | 1,5 | 3 |
52 Кирпичная кладка из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг м3 (брутто) на цементно-песчаном растворе | 1 | 2 |
53 Кирпичная кладка из пустотного кирпича силикатного на цементно-песчаном растворе | 2 | 4 |
54 Древесина | 15 | 20 |
55 Фанера клееная | 10 | 13 |
56 Картон облицовочный | 5 | 10 |
57 Картон строительный многослойный | 6 | 12 |
58 Железобетон | 2 | 3 |
59 Бетон на гравии или щебне из природного камня | 2 | 3 |
60 Раствор цементно-песчаный | 2 | 4 |
61 Раствор сложный (песок, известь, цемент) | 2 | 4 |
62 Раствор известково-песчаный | 2 | 4 |
63 Гранит, гнейс и базальт | ||
64 Мрамор | ||
65 Известняк | 2 | 3 |
66 Туф | 3 | 5 |
67 Листы асбестоцементные плоские | 2 | 3 |
Ключевые слова: строительные материалы и изделия, теплофизические характеристики, расчетные значения, теплопроводность, паропроницаемость
Виды утеплителей
Из утеплителей меньшей теплопроводностью обладают пенополистирол и экструдированный пенополиуретан. Это жесткие, хрупкие материалы, выпускающиеся в плитах, и имеющие ячеистую структуру. Но нужно учесть, что при увеличении плотности структуры материала, увеличивается и его способность пропускать тепло.
Минеральные утеплители кроме хорошей сохранности тепла, обладают отличными звукоизоляционными свойствами: они гасят звуки, не позволяя им проникнуть в помещение.
Производится минвата в виде плит или в рулонах. Плитами обкладываются стены, кровля, пол. Рулонный утеплитель пригоден для укрытия труб водоснабжения и отопления.
- Таблица теплопроводности утеплителей
- Утеплитель Басвул
- Керамический кирпич — Теплопроводность
Коэффициент теплопроводности
В поисках хорошего материала для строительства необходимо определить, как меняется степень теплопроводности в зависимости от типа и модели монолита.
Коэффициент для различных видов монолита
Для сравнения показателей теплопроводности следует ознакомиться с таблицей, охватывающей свойства всех типов материала. Наименьшая степень присутствует у пористых конструкций:
- Сухие блоки и газонаполненный бетон обладают небольшой теплопроводностью. Она зависит от показателей плотности. Если удельный вес блока составляет 0,6 т/м³, коэффициент составит 0,14. При плотности 1 т/м³ — 0,31. Если влажность находится на базовом уровне, показатели увеличатся от 0,22 до 0,48. При повышении влажности — от 0,25 до 0,55.
- Бетон с наполнением керамзитом. С учетом значений плотности определяется теплопроводность. Изделие с плотностью 0,5 т/м³ получит показатель 0,14. По мере увеличения плотности до 1,8 т/м³ свойство вырастет до 0,66.
Еще коэффициент зависит от применяемых наполнителей. Так, если тяжелый бетон (2,4 т/м³) будет иметь в составе щебенку, параметр составит 1,51.
При использовании шлака теплопроводность составит 0,3-0,7. Изделия на основе кварцевого или перлитового песка с плотностью 0,8-1 получат проводимость тепла 0,22-0,41.
Факторы влияющие на коэффициент
Степень проводимости бетона любой марки определяется множеством факторов. В их числе:
- Структура массива. Если в монолите присутствуют воздушные полости, передача тепла будет медленной и без больших потерь. По мере увеличения пористости теплоизоляция улучшается.
- Удельный вес массива. Монолит обладает разной плотностью, которая определяет его структуру и интенсивность обмена тепла. При росте показателей плотности растет и теплоотдача. В результате конструкция быстрее лишается тепла.
- Содержание влаги в стенах из бетона. Массивы с пористой структурой гигроскопичны. Остатки влаги, находящейся в капиллярах, могут просачиваться в бетон и заполнять воздушные поры, способствуя быстрой передаче тепла.
При выполнении расчетов нужно учитывать, что снижение влажности минимизирует проводимость тепла, из-за чего уровень теплопотерь становится невысоким.
С помощью пористых компонентов можно защитить постройку от быстрого расходования тепла и обеспечить хорошие климатические условия в здании. Изделия с низкой теплопроводностью эффективны при изоляции помещений, поэтому их применяют в северных регионах с суровыми зимами.
Теплопроводность и утепление зданий
Приступая к организации эффективной теплозащиты частного жилища, важно обращать внимание на тип материала, из которого создаются стены. С учетом специфики конструкции и эксплуатационных свойств, выделяют такие разновидности бетонных масивов:
- Конструкционные. Необходимы при возведении капитальных стен. Их характеризует повышенная устойчивость к нагрузкам и способность быстро пропускать тепловую энергию.
- Материалы для теплоизоляции. Задействуются при обустройстве помещений с минимальными нагрузками на стены. Обладают небольшим весом, пористым строением и малой теплопередачей.
Чтобы в помещении всегда сохранялась комфортная температура, рекомендуется использовать для возведения стен разные виды бетона. Однако в таком случае показатели толщины стен будут меняться. Оптимальный уровень проводимости тепла возможен при таких параметрах толщины:
- Пенобетон — не больше 25 см.
- Керамзитобетон — до 50 см.
- Кирпичи — 65 см.
Как производится расчет
Для сохранения тепла внутри дома и сокращения потерь тепловой энергии несущие стены делаются многослойными. Чтобы рассчитать толщину слоя изоляции, необходимо руководствоваться следующей формулой — R=p/k.
Она имеет следующую расшифровку:
- R — показатель устойчивости к скачкам температуры;
- p — толщина слоя в метрах;
- k — Проводимость тепла монолитом.
С помощью такой формулы можно благополучно выполнить расчет с помощью простого калькулятора. Это решается путем разделения толщины на коэффициент теплопроводности.
Что такое теплопроводность?
Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится. Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.
Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения
Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.
Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков
Теплопотери сквозь конструкционные материалы
Теплопроводность является одним из способов потерь тепла жилыми помещениями. Эта характеристика выражается количеством тепла, способным проникнуть сквозь единицу площади материала (1 м2) за секунду при стандартной толщине слоя (1 м). Физики объясняют выравнивание температур различных тел, объектов путем теплопроводности природным стремлением к термодинамическому равновесию всех материальных веществ.
Таким образом, каждый индивидуальный застройщик, отапливая помещение в зимний период, получает потери тепловой энергии, уходящей из жилища сквозь наружные стены, полы, окна, кровлю. Чтобы сократить расход энергоносителя для обогрева помещений, сохранив внутри них комфортный для эксплуатации микроклимат, необходимо рассчитать толщину всех ограждающих конструкций на этапе проектирования. Это позволит сократить бюджет строительства.
Таблица теплопроводности строительных материалов позволяет использовать точные коэффициенты для стеновых конструкционных материалов. Нормативы СНиП регламентируют сопротивление фасадов коттеджа передаче тепла холодному воздуху улицы в пределах 3,2 единиц. Перемножив эти значения, можно получить необходимую толщину стены, чтобы определиться с количеством материала.
Например, при выборе ячеистого бетона с коэффициентом 0,12 единиц достаточно кладки в один блок длиной 0,4 м. используя более дешевые блоки из этого же материала с коэффициентом 0,16 единиц, потребуется сделать стену толще – 0,52 м. Коэффициент теплопроводности сосны, ели составляет 0,18 единиц. Поэтому, для соблюдения условия сопротивления теплопередаче 3,2, потребуется 57 см брус, которого не существует в природе. При выборе кирпичной кладки с коэффициентом 0,81 единица толщина наружных стен грозит увеличением до 2,6 м, железобетонных конструкций – до 6,5 м.
На практике стены изготавливают многослойными, закладывая внутрь слой утеплителя или обшивая теплоизолятором наружную поверхность. У этих материалов коэффициент теплопроводности гораздо ниже, что позволяет уменьшить толщину многократно. Конструкционный материал обеспечивает прочность здания, теплоизолятор снижает теплопотери до приемлемого уровня. Современные облицовочные материалы, используемые на фасадах, внутренних стенах, так же обладают сопротивлением теплопотерям. Поэтому, в расчетах учитываются все слои будущих стен.
Вышеуказанные расчеты будут неточными если не учесть наличие в каждой стене коттеджа светопрозрачных конструкций. Таблица теплопроводности строительных материалов в нормативах СНиП обеспечивает легкий доступ к коэффициентам теплопроводности данных материалов.
Коэффициент теплопроводности строительных материалов – таблицы
Теплоизоляционные свойства материалов прекрасно демонстрируют сводные таблицы, в которых представлены нормативные показатели.
Таблица коэффициентов теплоотдачи материалов. Часть 1
Проводимость тепла материалов. Часть 2Таблица теплопроводности изоляционных материалов для бетонных полов
Но эти таблицы теплопроводности материалов и утеплителей учли далеко не все значения. Рассмотрим подробнее теплоотдачу основных строительных материалов.
Таблица теплопроводности кирпича
Как уже успели убедиться, кирпич – не самый «тёплый» стеновой материал. По теплоэффективности он отстаёт от дерева, пенобетона и керамзита. Но при грамотном утеплении из него получаются уютные и тёплые дома.
Сравнение теплопроводности строительных материалов по толщине (кирпич и пенобетон)
Но не все виды кирпича имеют одинаковый коэффициент теплопроводности (λ). Например, у клинкерного он самый большой – 0,4−0,9 Вт/(м·К). Поэтому строить из него что-то нецелесообразно. Чаще всего его применяют при дорожных работах и укладке пола в технических зданиях. Самый малый коэффициент подобной характеристики у так называемой теплокерамики – всего 0,11 Вт/(м·К). Но подобное изделие также отличается и большой хрупкостью, что максимально минимизирует область его применения.
Неплохое соответствие прочности и теплоэффективности у силикатных кирпичей. Но кладка из них также нуждается в дополнительном утеплении, и в зависимости от региона строительства, возможно, ещё и в утолщении стены. Ниже приведена сравнительная таблица значений проводимости тепла различными видами кирпичей.
Теплопроводность разных видов кирпичей
Таблица теплопроводности металлов
Теплопроводность металлов не менее важна в строительстве, например, при выборе радиаторов отопления. Также без подобных значений не обойтись при сварке ответственных конструкций, производстве полупроводников и различных изоляторов. Ниже приведены сравнительные таблицы проводимости тепла различных металлов.
Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 1Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 2Теплоэффективность разных видов металлов. Часть 3
Таблица теплопроводности дерева
Древесина в строительстве негласно относится к элитным материалам для возведения домов. И это не только из-за экологичности и высокой стоимости. Самые низкие коэффициенты теплопроводности у дерева. При этом подобные значения напрямую зависят от породы. Самый низкий коэффициент среди строительных пород имеет кедр (всего 0,095 Вт/(м∙С)) и пробка. Из последней строить дома очень дорого и проблемно. Но зато пробка для покрытия пола ценится из-за своей невысокой проводимости тепла и хороших звукоизоляционных качеств. Ниже представлены таблицы теплопроводности и прочности различных пород.
Проводимость тепла дереваПрочность разных пород древесины
Таблица проводимости тепла бетонов
Бетон в различных его вариациях является самым распространённым строительным материалом на сегодня, хотя и не является самым «тёплым». В строительстве различают конструкционные и теплоизоляционные бетоны. Из первых возводят фундаменты и ответственные узлы зданий с последующим утеплением, из вторых строят стены. В зависимости от региона к таковым либо применяется дополнительное утепление, либо нет.
Сравнительная таблица теплоизоляционных бетонов и теплопроводности различных стеновых материалов
Наиболее «тёплым» и прочным считает газобетон. Хотя это не совсем так. Если сравнивать структуру пеноблоков и газобетона, можно увидеть существенные различия. У первых поры замкнутые, когда же у газосиликатов большинство их открытые, как бы «рваные». Именно поэтому в ветреную погоду неутеплённый дом из газоблоков очень холодный. Эта же причина делает подобный лёгкий бетон более подверженным к воздействиям влаги.
Какой коэффициент теплопроводности у воздушной прослойки
В строительстве зачастую используют воздушные ветронепродуваемые прослойки, которые только увеличивают проводимость тепла всего здания. Также подобные продухи необходимы для вывода влаги наружу
Особое внимание проектированию подобных прослоек уделяется в пенобетонных зданиях различного назначения. У подобных прослоек также есть свой коэффициент теплопроводности в зависимости от их толщины
Таблица проводимости тепла воздушных прослоек
Таблица проводимости тепла воздушных прослоек
Сравнение с помощью таблицы
| N | Наименование | Плотность | Теппопроводность | Цена, евро за куб.м. | Затраты энергии на | ||
| кг/куб.м | мин | макс | Евросоюз | Россия | квт*ч/куб. м. | ||
| 1 | целлюлозная вата | 30-70 | 0,038 | 0,045 | 48-96 | 15-30 | 6 |
| 2 | древесноволокнистая плита | 150-230 | 0,039 | 0,052 | 150 | 800-1400 | |
| 3 | древесное волокно | 30-50 | 0,037 | 0,05 | 200-250 | 13-50 | |
| 4 | киты из льняного волокна | 30 | 0,037 | 0,04 | 150-200 | 210 | 30 |
| 5 | пеностекло | 100-150 | 0.05 | 0,07 | 135-168 | 1600 | |
| 6 | перлит | 100-150 | 0,05 | 0.062 | 200-400 | 25-30 | 230 |
| 7 | пробка | 100-250 | 0,039 | 0,05 | 300 | 80 | |
| 8 | конопля, пенька | 35-40 | 0,04 | 0.041 | 150 | 55 | |
| 9 | хлопковая вата | 25-30 | 0,04 | 0,041 | 200 | 50 | |
| 10 | овечья шерсть | 15-35 | 0,035 | 0,045 | 150 | 55 | |
| 11 | утиный пух | 25-35 | 0,035 | 0,045 | 150-200 | ||
| 12 | солома | 300-400 | 0,08 | 0,12 | 165 | ||
| 13 | минеральная (каменная) вата | 20-80 | 0.038 | 0,047 | 50-100 | 30-50 | 150-180 |
| 14 | стекповопокнистая вата | 15-65 | 0,035 | 0,05 | 50-100 | 28-45 | 180-250 |
| 15 | пенополистирол (безпрессовый) | 15-30 | 0.035 | 0.047 | 50 | 28-75 | 450 |
| 16 | пенополистирол экструзионный | 25-40 | 0,035 | 0,042 | 188 | 75-90 | 850 |
| 17 | пенополиуретан | 27-35 | 0,03 | 0,035 | 250 | 220-350 | 1100 |
Показатель теплопроводных свойств является основным критерием при выборе утеплительного материала. Остается только сравнить ценовые политики разных поставщиков и определить необходимое количество.
Утеплитель – один из основных способов получить сооружение с необходимой энергоэффективностью. Перед его окончательным выбором точно определите условия использования и, вооружившись приведенной таблицей, совершите правильный выбор.
Да, в нашей стране, в отличие от стран с жарким климатом, бывают лютые зимы. Именно поэтому нужно строиться из теплых материалов с использованием специальных утеплителей. В ином случае все дорогое тепло от котлов и печей будет уходить через стены и другие перекрытия.
Нам нужно точно знать, какие из современных популярных материалов для утепления наиболее эффективны.
Обзор гигроскопичности теплоизоляции
Высокая гигроскопичность – это недостаток, который нужно устранять.
Гигроскопичность – способность материала впитывать влагу, измеряется в процентах от собственного веса утеплителя. Гигроскопичность можно назвать слабой стороной теплоизоляции и чем выше это значение, тем серьезнее потребуются меры для ее нейтрализации. Дело в том, что вода, попадая в структуру материала, снижает эффективность утеплителя. Сравнение гигроскопичности самых распространенных теплоизоляционных материалов в гражданской строительстве:
| Наименование материала | Влагопоглощение, % от массы |
| Минвата | 1,5 |
| Пенопласт | 3 |
| ППУ | 2 |
| Пеноизол | 18 |
| Эковата | 1 |
Сравнение гигроскопичности утеплителей для дома показало высокое влагопоглощение пеноизола, при этом данная теплоизоляция обладает способностью распределять и выводить влагу. Благодаря этому, даже намокнув на 30%, коэффициент теплопроводности не уменьшается. Несмотря на то, что у минеральной ваты процент поглощения влаги низкий, она особенно нуждается в защите. Напитав воды, она удерживает ее, не давая выходить наружу. При этом способность предотвращать теплопотери катастрофически снижается.
Чтобы исключить попадание влаги в минвату используют пароизоляционные пленки и диффузионные мембраны. В основном полимеры устойчивы к длительному воздействию влаги, за исключением обычного пенополистирола, он быстро разрушается
В любом случае вода ни одному теплоизоляционному материалу на пользу не пошла, поэтому крайне важно исключить или минимизировать их контакт
Факторы, влияющие на физическую величину
Способность проводить тепло зависит от ряда факторов, включая температуру, структуру и электрические свойства вещества.
Температура материала
Влияние температуры на способность проводить тепло различается для металлов и неметаллов. В металлах проводимость главным образом связана со свободными электронами. Согласно закону Видемана—Франца теплопроводность металла пропорциональна произведению абсолютной температуры, выраженной в Кельвинах, на его электропроводность. В чистых металлах с увеличением температуры уменьшается электропроводность, поэтому теплопроводность остается приблизительно постоянной величиной. В случае сплавов электропроводность мало изменяется с ростом температуры, поэтому теплопроводность сплавов растет пропорционально температуре.
С другой стороны, передача тепла в неметаллах главным образом связана с колебаниями решетки и обмене решеточными фононами. За исключением кристаллов высокого качества и низких температур, путь пробега фононов в решетке значительно не уменьшается при высоких температурах, поэтому и теплопроводность остается постоянной величиной во всем температурном диапазоне, то есть является незначительной. При температурах ниже температуры Дебая способность неметаллов проводить тепло, наряду с их теплоемкостью, значительно уменьшается.
Фазовые переходы и структура
Когда материал испытывает фазовый переход первого рода, например, из твердого состояния в жидкое или из жидкого в газ, то его теплопроводность может измениться. Ярким примером такого изменения является разница этой физической величины для льда (2,18 Вт/(м*К) и воды (0,90 Вт/(м*К).
Изменения кристаллической структуры материалов также влияют на теплопроводность, что объясняется анизотропными свойствами различных аллотропных модификаций вещества одного и того же состава. Анизотропия влияет на различную интенсивность рассеивания решеточных фононов, основных переносчиков тепла в неметаллах, и в различных направлениях в кристалле. Здесь ярким примером является сапфир, проводимость которого изменяется от 32 до 35 Вт/(м*К) в зависимости от направления.
Электрическая проводимость
Теплопроводность в металлах изменяется вместе с электропроводностью согласно закону Видемана—Франца. Это связано с тем, что валентные электроны, свободно перемещаясь по кристаллической решетке металла, переносят не только электрическую, но и тепловую энергию. Для других материалов корреляция между этими типами проводимости не является ярко выраженной, ввиду незначительного вклада электронной составляющей в теплопроводность (в неметаллах основную роль в механизме передачи тепла играют решеточные фононы).
Процесс конвекции
Воздух и другие газы являются, как правило, хорошими теплоизоляторами при отсутствии процесса конвекции. На этом принципе основана работа многих теплоизолирующих материалов, содержащих большое количество небольших пустот и пор. Такая структура не позволяет конвекции распространяться на большие расстояния. Примерами таких материалов, полученных человеком, являются полистирен и силицидный аэрогель. В природе на том же принципе работают такие теплоизоляторы, как шкура животных и оперение птиц.
Легкие газы, например, водород и гель, имеют высокие значения теплопроводности, а тяжелые газы, например, аргон, ксенон и радон, являются плохими проводниками тепла. Например, аргон, инертный газ, который тяжелее воздуха, часто используется в качестве теплоизолирующего газового наполнителя в двойных окнах и в электрических лампочках. Исключением является гексафторид серы (элегаз), который является тяжелым газом и обладает относительно высокой теплопроводностью, ввиду его большой теплоемкости.
