Coefficiente di conducibilità termica dei materiali da costruzione: cosa significa l'indicatore + tabella dei valori

L'edilizia prevede l'utilizzo di qualsiasi materiale adatto. I criteri principali sono la sicurezza per la vita e la salute, la conducibilità termica, l'affidabilità. Seguono poi il prezzo, le proprietà estetiche, la versatilità d'uso, ecc.

Consideriamo una delle caratteristiche più importanti dei materiali da costruzione – il coefficiente di conducibilità termica, poiché è da questa proprietà che dipende in gran parte, ad esempio, il livello di comfort in casa.

Cos'è il CCT (coefficiente di conducibilità termica) di un materiale da costruzione?

In teoria, e anche in pratica, i materiali da costruzione creano solitamente due superfici: quella esterna e quella interna. Dal punto di vista fisico, l'area calda tende sempre verso l'area fredda.

Per quanto riguarda il materiale da costruzione, il calore tenderà da una superficie (più calda) all'altra superficie (meno calda). Ecco, appunto, la capacità del materiale rispetto a questo passaggio si chiama coefficiente di conducibilità termica o, in abbreviazione, – CCT.

Schema che spiega l'effetto di conducibilità termica: 1 – energia termica; 2 – coefficiente di conducibilità termica; 3 – temperatura della prima superficie; 4 – temperatura della seconda superficie; 5 – spessore del materiale da costruzione

La caratteristica del CCT si basa solitamente su prove in cui si prende un campione sperimentale di dimensioni 100x100 cm e si applica un'azione termica considerando una differenza di temperatura tra le due superfici di 1 grado. Il tempo di esposizione è di 1 ora.

Di conseguenza, la conducibilità termica si misura in Watt per metro per grado (W/m°C). Il coefficiente è indicato con il simbolo greco λ.

Per impostazione predefinita, la conducibilità termica dei vari materiali da costruzione con un valore inferiore a 0,175 W/m°C classifica questi materiali come isolanti.

La produzione moderna ha sviluppato tecnologie per la fabbricazione di materiali da costruzione il cui livello di CCT è inferiore a 0,05 W/m°C. Grazie a tali prodotti, si riesce a ottenere un notevole effetto economico in termini di consumo di risorse energetiche.

Influenza dei fattori sul livello di conducibilità termica

Ogni singolo materiale da costruzione ha una struttura specifica e possiede un particolare stato fisico.

La base di ciò è:

• la dimensionalità dei cristalli della struttura;
• lo stato di fase della sostanza;
• il grado di cristallizzazione;
• l'anisotropia della conducibilità termica dei cristalli;
• il volume di porosità e struttura;
• la direzione del flusso termico.

Tutti questi sono fattori di influenza. Un certo influsso sul livello di conducibilità termica è esercitato anche dalla composizione chimica e dalle impurità. La quantità di impurità, come ha mostrato la pratica, ha un'influenza particolarmente significativa sul livello di conducibilità termica dei componenti cristallini.

I materiali da costruzione isolanti sono una classe di prodotti per l'edilizia, creati tenendo conto delle proprietà di conducibilità termica vicine a quelle ottimali. Tuttavia, raggiungere una conducibilità termica ideale mantenendo altre qualità è estremamente difficile.

A loro volta, le condizioni operative del materiale da costruzione – temperatura, pressione, livello di umidità, ecc. – influenzano la conducibilità termica.

Materiali da costruzione con CCT minimo

Secondo le ricerche, il valore minimo di conducibilità termica (circa 0,023 W/m°C) è posseduto dall'aria secca.

Dal punto di vista dell'applicazione dell'aria secca nella struttura del materiale da costruzione, è necessaria una configurazione in cui l'aria secca si trova all'interno di numerosi spazi chiusi di piccolo volume. Strutturalmente, tale configurazione è rappresentata sotto forma di numerosi pori all'interno della struttura.

Da ciò segue una logica conclusione: un materiale da costruzione la cui struttura interna è una formazione porosa deve avere un basso livello di conducibilità termica.

Inoltre, a seconda della porosità massima consentita del materiale, il valore di conducibilità termica si avvicina al valore di conducibilità termica dell'aria secca.

La struttura porosa favorisce la creazione di un materiale da costruzione con conducibilità termica minima. Maggiore è il numero di pori di diverso volume contenuti nella struttura del materiale, migliore è la conducibilità termica che si può ottenere.

Nella produzione moderna vengono utilizzate diverse tecnologie per ottenere la porosità del materiale da costruzione.

In particolare, vengono utilizzate le tecnologie:

• di schiumatura;
• di gassificazione;
• di idratazione;
• di rigonfiamento;
• di introduzione di additivi;
• di creazione di telai fibrosi.

Va notato: il coefficiente di conducibilità termica è direttamente correlato a proprietà quali densità, capacità termica e diffusività termica.

Il valore di conducibilità termica può essere calcolato con la formula:

λ = Q / S * (T₁-T₂)*t,

Dove:

• Q – quantità di calore;
• S – spessore del materiale;
• T₁, T₂ – temperatura su entrambi i lati del materiale;
• t – tempo.

Il valore medio della densità e della conducibilità termica è inversamente proporzionale al valore della porosità. Pertanto, in base alla densità della struttura del materiale da costruzione, la dipendenza della conducibilità termica da essa può essere calcolata come segue:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Dove: d è il valore della densità. Questa è la formula di V.P. Nekrasov, che dimostra l'influenza della densità di un materiale specifico sul valore del suo coefficiente di conducibilità termica.

Influenza dell'umidità sulla conducibilità termica del materiale da costruzione

Ancora una volta, basandosi sugli esempi di utilizzo pratico dei materiali da costruzione, emerge l'influenza negativa dell'umidità sul coefficiente di conducibilità termica del materiale. È stato notato che maggiore è l'umidità a cui è sottoposto il materiale, più alto diventa il valore del coefficiente di conducibilità termica.

Si cerca di proteggere in vari modi il materiale utilizzato in edilizia dall'azione dell'umidità. Questa misura è pienamente giustificata, considerando l'aumento del coefficiente per il materiale umido.

Non è difficile giustificare questo aspetto. L'azione dell'umidità sulla struttura del materiale da costruzione comporta l'umidificazione dell'aria nei pori e la parziale sostituzione dell'ambiente d'aria.

Considerando che il parametro del coefficiente di conducibilità termica per l'acqua è di 0,58 W/m°C, risulta chiaro l'aumento significativo del coefficiente di conducibilità termica del materiale.

Va inoltre notato un effetto più negativo quando l'acqua che penetra nella struttura porosa si congela ulteriormente – si trasforma in ghiaccio.

Di conseguenza, è facile calcolare un ulteriore aumento della conducibilità termica, considerando i parametri del coefficiente di conducibilità termica del ghiaccio, pari a 2,3 W/m°C. L'incremento è di circa quattro volte rispetto al parametro di conducibilità termica dell'acqua.

Una delle ragioni per abbandonare la costruzione invernale a favore di quella estiva è proprio il fattore del possibile congelamento di alcuni tipi di materiali da costruzione e, di conseguenza, dell'aumento della conducibilità termica.

Da ciò risultano evidenti i requisiti edili per quanto riguarda la protezione dei materiali isolanti dall'umidità. Il livello di conducibilità termica, infatti, aumenta in proporzione diretta all'umidità quantitativa.

Un altro aspetto non meno importante è quello opposto, quando la struttura del materiale da costruzione viene sottoposta a un notevole riscaldamento. Anche una temperatura eccessivamente elevata provoca un aumento della conducibilità termica.

Ciò avviene a causa dell'aumento dell'energia cinetica delle molecole che costituiscono la base strutturale del materiale da costruzione.

È vero che esiste una classe di materiali la cui struttura, al contrario, acquisisce migliori proprietà di conducibilità termica in regime di forte riscaldamento. Uno di questi materiali è il metallo.

Se sotto forte riscaldamento la maggior parte dei materiali da costruzione più comuni modifica la conducibilità termica in aumento, il forte riscaldamento del metallo porta all'effetto opposto – il coefficiente di conducibilità termica del metallo diminuisce.

Metodi per determinare il coefficiente

Vengono utilizzate diverse metodologie in questo ambito, ma di fatto tutte le tecniche di misurazione sono raggruppate in due gruppi di metodi:

1. Regime di misurazioni stazionarie.
2. Regime di misurazioni non stazionarie.

Il metodo stazionario implica il lavoro con parametri invariati nel tempo o che cambiano in minima parte. Questa tecnologia, a giudicare dalle applicazioni pratiche, consente di ottenere risultati più accurati del CCT.

Le misurazioni della conducibilità termica con il metodo stazionario possono essere effettuate in un ampio intervallo di temperature – 20 – 700 °C. Tuttavia, la tecnologia stazionaria è considerata una metodica laboriosa e complessa, che richiede molto tempo per l'esecuzione.

Esempio di apparecchio progettato per eseguire misure del coefficiente di conducibilità termica. È una delle moderne costruzioni digitali che garantisce un risultato rapido e preciso.

L'altra tecnologia di misurazione – non stazionaria – appare più semplificata e richiede da 10 a 30 minuti per l'esecuzione. Tuttavia, in questo caso l'intervallo di temperatura è notevolmente limitato. Ciononostante, la metodica ha trovato ampia applicazione nel settore produttivo.

Tabella di conducibilità termica dei materiali da costruzione

Non ha senso sottoporre a misurazione molti dei materiali da costruzione esistenti e ampiamente utilizzati.

Tutti questi prodotti sono generalmente testati ripetutamente, sulla base di ciò è stata compilata una tabella di conducibilità termica dei materiali da costruzione, che include praticamente tutti i materiali necessari in cantiere.

Una delle varianti di tale tabella è presentata di seguito, dove CCT – coefficiente di conducibilità termica:

Vi consigliamo anche di leggere i nostri altri articoli, in cui spieghiamo come scegliere correttamente l'isolante termico:

1. Isolanti per tetti mansardati.
2. Materiali per l'isolamento interno della casa.
3. Isolanti per soffitto.
4. Materiali per l'isolamento termico esterno.
5. Isolante per pavimento in una casa in legno.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Un video tematico in cui viene spiegato in modo abbastanza dettagliato cosa sia il KTP e «con cosa si mangia». Avendo familiarizzato con il materiale presentato nel video, ci sono alte possibilità di diventare un costruttore professionista.

Un punto ovvio: il potenziale costruttore deve assolutamente conoscere la conducibilità termica e la sua dipendenza da vari fattori. Queste conoscenze aiuteranno a costruire non solo con qualità, ma con un alto grado di affidabilità e durabilità dell'oggetto. L'uso del coefficiente equivale a un risparmio reale di denaro, ad esempio, sulle stesse bollette.

Se avete domande o informazioni preziose sull'argomento dell'articolo, lasciate i vostri commenti nel blocco sottostante.