Теплоаккумулирующая способность материалов

Удельная теплоемкость материалов

Теплоемкость – это физическая величина, описывающая способность того или иного материала накапливать в себе температуру от нагретой окружающей среды. Количественно удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для того, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1 градус. Ниже представлена таблица удельной теплоемкости наиболее распространенных в строительстве материалов.

Для того, чтобы рассчитать теплоемкость того или иного материала, необходимо обладать такими данными, как:

• вид и объем нагреваемого материала (V);
• показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
• удельный вес (mуд);
• начальную и конечную температуры материала.

Теплопроводность строительных материалов — Таблица 4

Это заключительная, но не последняя, таблица из серии данных по теплопроводности. В этой таблице иллюстрируется теплопроводность строительных материалов для городского строительства — собраны показатели для металла, который широко применяется в строительстве (сталь), для стекла, для чугуна (если у вас есть котел или печь), для фанеры и для других материалов.

Посмотрим на Таблицу 4, в которой указана теплопроводность строительных материалов (некоторые показатели для одних и тех же материалов с различной плотностью):

Можно ли использовать песок в качестве утеплителя? Судя по показателям для сухого песка – да. Если обеспечить защиту песка от влаги, то его можно использовать в тех местах, где требуется одна из его характеристик – негорючесть. Песок используют в качестве теплоизолятора и рассеивающего тепло элемента в так называемых «песчаных ящиках» при проходке дымоходом сквозь перекрытия из сгораемых материалов. Песок в сухом виде принимает избыточное тепло от дымохода (иногда температура может быть до 800-1000 градусов С при горении сажи в дымоходе) и рассеивает его, не давая воспламениться конструкциям перекрытия. Сухой песок может быть использован как в потолочных перекрытиях первого этажа, так и в чердачных перекрытиях.

Если песок намокает, то теплопроводность его резко повышается, и он теряет свои теплоизолирующие свойства.

Теплопроводность цветных металлов и технических сплавов

В таблице представлены значения теплопроводности металлов (цветных), а также химический состав металлов и технических сплавов в интервале температуры от 0 до 600°С.

Цветные металлы и сплавы: никель Ni, монель, нихром; сплавы никеля (по ГОСТ 492-58): мельхиор НМ81, НМ70, константан НММц 58,5-1,54, копель НМ 56,5, монель НМЖМц и К-монель, алюмель, хромель, манганин НММц 85-12, инвар; магниевые сплавы (по ГОСТ 2856-68), электрон, платинородий; мягкие припои (по ГОСТ 1499-70): олово чистое, свинец, ПОС-90, ПОС-40, ПОС-30, сплав Розе, сплав Вуда.

По данным таблицы видно, что высокую теплопроводность (при комнатной температуре) имеют магниевые сплавы и никель. Низкая же теплопроводность свойственна нихрому, инвару и сплаву Вуда.

Для сплавов можно пользоваться соотношением λ = LσT+ С, причем L и С имеют следующие значения:

Теплоемкость строительных материалов

Теплоемкость материалов, таблица по которой приведена выше, зависит от плотности и коэффициента теплопроводности материала.

А коэффициент теплопроводности, в свою очередь, зависит от крупности и замкнутости пор. Мелкопористый материал, имеющий замкнутую систему пор, обладает большей теплоизоляцией и, соответственно, меньшей теплопроводностью, нежели крупнопористый.

Это очень легко проследить на примере наиболее распространенных в строительстве материалов. На рисунке, представленном ниже, показано каким образом влияет коэффициент теплопроводности и толщина материала на теплозащитные качества наружных ограждений.

Из рисунка видно, что строительные материалы с меньшей плотностью обладают меньшим коэффициентом теплопроводности. Однако так бывает не всегда. Например, существуют волокнистые виды теплоизоляции, для которых действует противоположная закономерность: чем меньше плотность материала, тем выше будет коэффициент теплопроводности.

Поэтому нельзя доверять исключительно показателю относительной плотности материала, а стоит учитывать и другие его характеристики.

Виды кирпича

Для того чтобы ответить на вопрос: «как построить теплый дом из кирпича?», нужно выяснить какой лучше всего использовать его вид. Так как современный рынок предлагает огромный выбор данного строительного материала. Рассмотрим наиболее распространенные виды.

Силикатный

Наиболее высокую популярность и широкое распространение в строительстве на территории России имеют силикатные кирпичи. Данный вид изготавливается путем смешения извести и песка. Высокую распространённость этот материал получил благодаря широкой области применения в быту, а также из-за того, что цена на него довольно не высока.

Однако если обратиться к физическим величинам этого изделия, то тут не все так гладко.

Рассмотрим двойной силикатный кирпич М 150. Марка М 150 говорит о высокой прочности, так что он даже приближается к природному камню. Размеры составляют 250х120х138 мм.

Теплопроводность данного типа в среднем составляет 0,7 Вт/(м оС). Это достаточно низкий показатель, по сравнению с другими материалами. Поэтому теплые стены из кирпича такого типа скорей всего не получатся.

Немаловажным достоинством такого кирпича по сравнению с керамическим, являются звукоизоляционные свойства, которые очень благоприятно сказываются на строительстве стен ограждающих квартиры или разделяющих комнаты.

Керамический

Второе место по популярности строительных кирпичей обоснованно отдано керамическим. Для их производства различные смеси глин подвергают обжигу.

Данный вид делится на два типа:

1. Строительный,
2. Облицовочный.

Строительный кирпич используется для возведения фундаментов, стен домов, печей и т.д., а облицовочный для отделки зданий и помещений. Такой материал больше подходит для строительства своими руками, так как он значительно легче силикатного.

Теплопроводность керамического блока определяется коэффициентом теплопроводности и численно равна:

• Полнотелый – 0,6 Вт/м* оС;
• Пустотелый кирпич — 0,5 Вт/м* оС;
• Щелевой – 0,38 Вт/м* оС.

Средняя теплоемкость кирпича составляет около 0,92 кДж.

Теплая керамика

Теплый кирпич — относительно новый строительный материал. В принципе, он является усовершенствованием обычного керамического блока.

Данный вид изделия значительно больше обычного, его размеры могут быть в 14 раз больше стандартных. Но это не очень сильно сказывается на общей массе конструкции.

Теплоизоляционные свойства практически в 2 раза лучше, по сравнению с керамическим кирпичом. Коэффициент теплопроводности приблизительно равен 0,15 Вт/м* оС.

Блок теплой керамики имеет много мелких пустот в виде вертикальных каналов. А как говорилось выше, чем больше воздуха в материале, тем выше теплоизоляционные свойства данного строй-материала. Теплопотери могут возникать в основном на внутренних перегородках или же в швах кладки.

Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов

Для того, чтобы сравнить теплоемкость наиболее популярных строительных материалов, таких дерево, кирпич и бетон, необходимо рассчитать величину теплоемкости для каждого из них.

В первую очередь нужно определиться с удельной массой дерева, кирпича и бетона. Известно, что 1 м3 дерева весит 500 кг, кирпича – 1700 кг, а бетона – 2300 кг. Если мы берем стенку, толщина которой составляет 35 см, то путем нехитрых расчетов получим, что удельная масса 1 кв.м дерева составит 175 кг, кирпича – 595 кг, а бетона – 805 кг. Далее выберем значение температуры, при которой будет происходить накопление тепловой энергии в стенах. Например, это будет происходить в жаркий летний день с температурой воздуха 270С. Для выбранных условий рассчитываем теплоемкость выбранных материалов:

1. Стена из дерева: С=СудхmудхΔТ; Сдер=2,3х175х27=10867,5 (кДж);
2. Стена из бетона: С=СудхmудхΔТ; Сбет=0,84х805х27= 18257,4 (кДж);
3. Стена из кирпича: С=СудхmудхΔТ; Скирп=0,88х595х27= 14137,2 (кДж).

Из произведенных расчетов видно, что при одинаковой толщине стены наибольшим показателем теплоемкости обладает бетон, а наименьшим – дерево. О чем это говорит? Это говорит о том, что в жаркий летний день максимальное количество тепла будет накапливаться в доме, выполненном из бетона, а наименьшее – из дерева.

Этим объясняет тот факт, что в деревянном доме в жаркую погоду прохладно, а в холодную погоду тепло. Кирпич и бетон легко накапливают в себе достаточно большое количество тепла из окружающей среды, но так же легко и расстаются с ним.

Виды материалов и их характеристики

Кирпич, выпускаемый на сегодняшний день во множестве видов, применяется при строительстве повсеместно. Ни один объект – крупный промышленный корпус, жилой многоквартирный или небольшой частный дом, не возводится без кирпичного основания. Строительство коттеджей, популярное и сравнительно недорогое, базируется исключительно на кирпичной кладке. Кирпич давно стал основным строительным материалом.

Это произошло благодаря его универсальным свойствам:

• надежности и долговечности;
• прочности;
• экологичности;
• отличным звуко- и шумоизоляционным характеристикам.

Выделяют следующие разновидности кирпича.

Красный. Изготавливается из обожженной глины и добавок. Отличается надежностью, долговечностью и морозостойкостью. Подходит для возведения стен и строительства фундамента. Обычно кладется в один или два ряда. Теплопроводность зависит от наличия зазоров в изделии.

Бывает полнотелый керамический брикет, огнеупорный и щелевой, с пустотами. Коэффициент проводимости тепла зависит от веса кирпича, вида и количества щелей в нем. Теплая керамика внешне красива, к тому же внутри имеет множество тонких зазоров, что делает ее очень теплой и потому идеальной для строительства. Если в керамическом изделии имеются также поры, снижающие вес, кирпич называется поризованным.

К недостаткам такого кирпича следует отнести то, что отдельные единицы малого размера и хрупкие. Поэтому теплая керамика подходит не для всех конструкций. К тому же это дорогостоящий материал.

Что касается огнеупорной керамики, то это так называемый шамотный кирпич – жженый брусок из глины с высоким показателем теплопроводности, почти таким же, как у обыкновенного полнотелого материала. Вместе с тем огнеупорность – ценное свойство, которое всегда учитывают при строительстве.

Из такого «печного» кирпича сооружают камины, он обладает эстетичным внешним видом, сохраняет тепло в доме благодаря высоким показателям теплопроводности, морозоустойчив, не поддается воздействию кислот и щелочей.

Теплоемкость удельная – это энергия, которая расходуется для нагревания одного килограмма материала на один градус. Этот показатель нужен для определения устойчивости к теплу стен здания, в особенности при низких температурах.

Теплоемкость и теплопроводность материалов

Теплопроводность – это физическая величина материалов, описывающая способность проникновения температуры с одной поверхности стены на другую.

Для создания комфортных условий в помещении необходимо, чтобы стены обладали высоким показателем теплоемкости и низким коэффициентом теплопроводности. В этом случае стены дома будут в состоянии накапливать тепловую энергию окружающей среды, но при этом препятствовать проникновению теплового излучения внутрь помещения.