Покупка кирпича с высокой морозостойкостью съест бюджет строительного проекта. Меры по улучшению свойств конструкций для продления срока их службы в холодном климате без увеличения затрат:
Теплоаккумулирующая способность материалов
Этот параметр очень важен, так как он определяет степень изменения свойств материала под воздействием различных температур. Со временем можно наблюдать усадку или, наоборот, расширение материала. Поскольку бетон используется для строительства зданий, этот фактор следует считать одним из самых важных. И это следует учитывать уже на этапе планирования.
Все о теплоемкости бетона описано в этой статье. Там же вы узнаете, как определить этот показатель. С помощью приведенной здесь таблицы теплоемкости различных материалов вы сможете узнать об их способности сохранять определенное количество тепла.
От чего зависит теплопроводность бетона? Ответ на этот вопрос вы также узнаете, если дочитаете статью до конца. Вы также узнаете о тепловом расширении материала и о том, как избежать превышения этого показателя при использовании бетонных конструкций.
Эти знания помогут избежать многих несчастных случаев при строительстве сооружений различного рода.
Теплоемкость бетона является важным фактором при строительстве зданий и сооружений. Обычно она составляет 0,00001 (°С)-1. Причина этого в том, что плотность всех бетонных конструкций неизбежно изменяется со временем из-за расширения или сжатия. Это происходит, даже если температура и влажность воздуха вокруг бетона остаются неизменными. Более точно, бетон как строительный материал для кладки состоит из смеси различных вяжущих веществ.
Удельная теплоемкость материалов
Теплоемкость — это физическая величина, которая описывает способность материала поглощать тепло из нагретой среды. В количественном выражении удельная теплоемкость равна количеству энергии, измеряемой в Дж, необходимой для нагревания тела массой 1 кг на 1 градус. В таблице ниже приведена удельная теплоемкость наиболее распространенных строительных материалов.
Для того чтобы рассчитать теплоемкость конкретного материала, необходимы следующие данные
- вид и объем нагреваемого материала (V);
- показатель удельной теплоемкости этого материала (Суд);
- удельный вес (mуд);
- начальную и конечную температуры материала.
Что это такое?
Физическое свойство теплоемкости присуще каждому веществу. Она означает количество тепла, которое физическое тело поглощает при нагревании на 1 градус Цельсия или Кельвина. Ошибочно отождествлять общий термин с конкретным, поскольку последний обозначает температуру, необходимую для нагревания одного килограмма вещества. Ее можно точно определить только в лабораторных условиях. Эта величина необходима для определения теплового сопротивления стен зданий и при проведении строительных работ при отрицательных температурах. Материалы с высокой теплопроводностью используются для частных домов и высотных зданий, поскольку они аккумулируют тепло и поддерживают температуру в помещении.
Здания, построенные из кирпича, имеют преимущество в экономии затрат на отопление.
От чего зависит теплоемкость кирпичей?
На коэффициент теплопроводности в основном влияет температура материала и его общее состояние, так как теплопроводность твердого тела и жидкости отличается в пользу жидкости. Кроме того, играет роль объем материала и плотность его структуры. Чем больше в нем полостей, тем меньше тепла он может сохранить внутри.
Существует более 10 типов, которые различаются в зависимости от технологии изготовления. Однако наиболее распространенными являются кварцевый кирпич, керамический кирпич, облицовочный кирпич, огнеупорный кирпич и горячий кирпич. Типичный керамический кирпич изготавливается из красной глины с добавками и обжигается. Их теплотворная способность составляет от 700 до 900 Дж/кг Цельсия. Они относительно устойчивы к высоким и низким температурам. Иногда они используются для отопления печей. Их пористость и плотность варьируются и влияют на показатель теплоемкости. Силикатные кирпичи состоят из смеси песка, глины и добавок. Они выпускаются в виде полнотелых и пустотелых кирпичей различных размеров и поэтому имеют удельную теплоемкость от 754 до 837 Дж/(кг холода). Преимуществом силикатной кладки является хорошая звукоизоляция, даже если стена выложена в один слой.
Облицовочный кирпич, используемый для облицовки фасадов зданий, имеет относительно высокую плотность и теплоемкость 880 Дж/(кг холода). Огнеупорные кирпичи подходят для кухонь, так как они выдерживают температуру до 1500 градусов Цельсия. К этому подвиду относятся самотёк, карборунд, магнезит и другие. И коэффициент теплоемкости (Дж/кг) у них разный:
- карборундовый — 700—850;
- шамотный — 1000—1300.
Горячие кирпичи — это новый продукт на строительном рынке, модернизированный керамический кирпич, размеры и теплоизоляционные свойства которого значительно превосходят стандартные. Структура с большим количеством швов способствует сохранению тепла и обогреву помещения. Потеря тепла возможна только в швах кладки или перегородок.
Коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплопроводности (λ), измеряемый в Вт/(м×℃) или Вт/(м×К), используется для оценки теплопроводности любого материала. Этот коэффициент указывает на количество тепла, которое материал, независимо от его размера, может передать за единицу времени на заданное расстояние. Если материал имеет высокое значение коэффициента, он очень хорошо передает тепло и может быть использован в качестве радиатора, нагревателя или лучистого обогревателя. Например, металлические радиаторы для отопления помещений работают очень эффективно и отлично передают тепло от теплоносителя к воздушным массам в помещении.
Для материалов, используемых в строительстве стен, перегородок и потолков, высокая теплопроводность является нежелательным явлением. Если коэффициент высок, здание теряет слишком много тепла, и необходимо возводить достаточно толстые конструкции, чтобы сохранить тепло в здании. Это приводит к дополнительным экономическим затратам.
Коэффициент теплопередачи зависит от температуры. По этой причине в технических книгах приводятся различные значения, которые изменяются с повышением температуры. На коэффициент теплопроводности также влияют условия эксплуатации. В первую очередь это влажность, так как с увеличением содержания влаги увеличивается и коэффициент теплопроводности. Поэтому при таких расчетах необходимо знать фактические климатические условия, в которых будет строиться здание.
Сопротивление теплопередаче
Коэффициент теплопроводности является важным свойством любого материала. Однако эта величина не может точно описать теплопроводность конструкции, так как не учитывает особенности конструкции. Поэтому полезнее рассчитать сопротивление теплопередаче, которое является обратной величиной коэффициента теплопроводности. Однако, в отличие от последнего, при расчете учитывается толщина материала и другие важные особенности конструкции.
Не менее важным является прогнозирование тепловых потерь, без которого невозможно правильно спроектировать систему отопления и создать идеальную теплоизоляцию. Такие расчеты могут понадобиться при выборе оптимальной модели котла, необходимого количества радиаторов и их правильного размещения.
Чтобы определить теплопотери через любую конструкцию, нам необходимо знать сопротивление, которое рассчитывается на основе разницы температур и теплопотерь на квадратный метр ограждающей конструкции. Если мы знаем площадь конструкции и ее тепловое сопротивление, а также для каких климатических условий был произведен расчет, мы можем точно определить теплопотери. Существует хороший калькулятор теплопотерь для домов (он даже может рассчитать, сколько денег тратится на отопление, приблизительно, конечно).
Такие расчеты производятся в здании для всех помещений, которые взаимодействуют с потоками холодного воздуха, а затем суммируются для определения общих теплопотерь. На основании полученного значения проектируется система отопления, которая должна полностью компенсировать эти потери. Если теплопотери слишком велики, возникают дополнительные финансовые затраты, которые не каждый может себе позволить. В этом случае необходимо рассмотреть возможность улучшения системы теплоизоляции.
Независимо от этого, необходимо говорить об окнах, для которых термическое сопротивление определено законодательными нормами. Не обязательно производить расчеты самостоятельно. Существуют готовые таблицы со значениями сопротивления для всех типов окон и балконных дверей. Теплопотери окон рассчитываются с учетом площади и разницы температур между двумя сторонами конструкции.
Приведенные выше расчеты подходят для новичков, делающих первые шаги в проектировании энергоэффективных домов. При выполнении расчетов профессионалом они более сложны, поскольку учитывается множество дополнительных поправочных коэффициентов — на солнечную радиацию, поглощение света, отражение солнечных лучей, неоднородность конструкции, расположение дома в пространстве и другие.
Теплоемкость строительных материалов
Какими должны быть стены односемейного дома, чтобы соответствовать строительным нормам? Ответ на этот вопрос имеет множество нюансов. Чтобы понять его, приведем пример теплоемкости двух самых популярных строительных материалов: бетона и дерева. Теплоемкость бетона составляет 0,84 кДж/(кг*°C), а дерева — 2,3 кДж/(кг*°C).
На первый взгляд, можно подумать, что дерево — материал с более высокой теплоемкостью, чем бетон. Это действительно так, поскольку древесина содержит почти в три раза больше тепловой энергии, чем бетон. Для нагревания 1 кг древесины требуется 2,3 кДж тепловой энергии, но при остывании она также высвобождает 2,3 кДж. Бетонная конструкция, с другой стороны, накапливает и высвобождает только 0,84 кДж.
Однако не спешите с выводами. Например, необходимо выяснить, какова теплоемкость 1 м2 бетона и деревянной стены толщиной 30 см. Для этого сначала нужно рассчитать вес двух конструкций. Бетонная стена площадью 1 м2 весит: 2300 кг/м3 * 0,3 м3 = 690 кг. Деревянная стена весит 500 кг/м3 * 0,3 м3 = 150 кг на м2.
Таблица сравнения теплопроводности круглого леса и каменной кладки.
Теперь нам нужно рассчитать, сколько тепловой энергии содержится в этих стенах при температуре 22 °C. Мы умножим теплоемкость стен на теплоемкость древесины. Для этого мы умножаем теплоемкость на температуру и вес материала:
- для бетонной стены: 0,84*690*22 = 12751 кДж;
- для деревянной конструкции: 2,3*150*22 = 7590 кДж.
Из полученного результата можно сделать вывод, что 1 м3 древесины сохраняет почти в два раза меньше тепла, чем бетон. Материал, который находится между бетоном и деревом по теплоемкости, — это каменная кладка, которая при тех же условиях содержит 9199 кДж тепловой энергии на единицу объема. Однако легкий бетон как строительный материал содержит только 3 326 кДж, что намного меньше, чем дерево. Однако на практике деревянная конструкция может иметь толщину 15-20 см, если легкий бетон укладывать в несколько рядов, что значительно увеличивает удельную теплоемкость стены.
Использование различных материалов в строительстве
Дерево
Для комфортного проживания в доме очень важно, чтобы материал обладал высокой теплоемкостью и низкой теплопроводностью.
В этом отношении дерево — лучший выбор не только для постоянного, но и для временного жилья. Деревянное здание, которое долгое время не отапливалось, хорошо чувствует изменение температуры воздуха. Поэтому такое здание быстро и качественно прогревается.
Для строительства в основном используются хвойные породы деревьев: Сосна, ель, кедр и пихта. С точки зрения соотношения цены и качества сосна является лучшим выбором. Независимо от того, что вы выберете при строительстве деревянного дома, следует соблюдать следующее правило: Чем толще стены, тем лучше. Однако следует учитывать и свои финансовые возможности, так как стоимость древесины значительно возрастает, чем она толще.
Кирпич
Этот строительный материал всегда был символом стабильности и прочности. Кирпич обладает хорошей прочностью и устойчив к негативным воздействиям окружающей среды. Однако, поскольку толщина кирпичных стен обычно составляет от 51 до 64 см, для достижения хорошей теплоизоляции они должны быть снабжены теплоизоляционным слоем. Кирпичные дома подходят для постоянного проживания. При нагревании они способны возвращать тепло, которое накапливается в них в течение длительного периода времени.
При выборе материала для дома следует учитывать не только его теплопроводность и теплоемкость, но и то, как часто люди будут жить в таком доме. При правильном выборе ваш дом будет оставаться теплым и уютным круглый год.
В строительстве теплоемкость строительных материалов является очень важным свойством. Она влияет на теплоизоляционные свойства стен здания и, следовательно, на возможность комфортного проживания внутри здания. Прежде чем перейти к рассмотрению теплотехнических характеристик отдельных строительных материалов, важно понять, что такое теплоемкость и как она определяется.
Удельная теплоемкость производимого кирпича
Физические показатели имеют большое значение при выборе строительного материала. Давайте рассмотрим наиболее важные величины, используемые в строительстве. Например, чтобы понять, какова удельная теплоемкость кирпича, необходимо выяснить, что это за физическая величина.
Таким образом:
- Теплоемкость. По сути, удельная теплоёмкость определяется количеством тепла, требуемого для нагрева одного килограмма вещества на один градус Цельсия (на один Кельвин).
- Теплопроводность .Не менее важным физическим показателем кирпичного сооружения является способность передачи тепла при разных температурах снаружи и внутри здания, называемая коэффициентом теплопроводности. Этот параметр выражает, какое количество тепла, теряется за 1 метр толщины стены при различии температуры на 1 градус между наружной и внутренней областью.
- Теплопередача. Коэффициент теплопередачи кирпичной стены будет во многом зависеть от того, какой вид материала для кирпичной кладки вы выберете. Чтобы определить данный коэффициент для многослойной стены, требуется знать этот параметр для каждого слоя в отдельности. Затем складываются все величины, так как суммарный коэффициент термосопротивления является суммой сопротивлений всех слоев, входящих в стену.
Коэффициент теплопроводности кирпича и пенопласта.
Обратите внимание. Полнотелые кирпичи имеют относительно высокий коэффициент теплопроводности, поэтому пустотелые кирпичи намного экономичнее. Это объясняется тем, что воздух в пустотах имеет более низкую теплопроводность, а значит, стены здания получаются гораздо тоньше.
- Сопротивление теплопередаче. Сопротивление теплопередаче кирпичной стены определяется как отношение разности температур на краях строительной конструкции к количеству тепла проходящего через него. Данный параметр используется для отражения свойств материалов и выражается отношением плотности материала к его теплопроводности.
- Теплотехническая однородность. Коэффициент теплотехнической однородности кирпичной стены это параметр равный обратному отношению потока тепла через стену к количеству тепла, проходящего через условное ограждающее сооружение равное по площади стене.
Таблица сравнения теплопроводности дерева и кирпича.
Примечание: инструкции по расчету этого параметра довольно сложны, поэтому лучше обратиться в компании, которые имеют опыт и соответствующие инструменты для определения тех или иных показателей.
По сути, коэффициент тепловой однородности кирпичной кладки выражает, насколько велики и насколько интенсивны мостики холода в данной ограждающей конструкции здания. В большинстве случаев это значение составляет от 0,6 до 0,99, рассматривая в качестве единицы измерения абсолютно однородную стену без недостатков теплопроводности.
ВИДЫ КИРПИЧА
Чтобы ответить на вопрос «Как построить теплый дом из кирпича?», необходимо выяснить, какой вид кирпича является лучшим. Современный рынок предлагает огромный выбор этого строительного материала. Рассмотрим наиболее распространенные типы
СИЛИКАТНЫЙ
Самым популярным и распространенным в России является силикатный кирпич. Этот вид изготавливается путем смешивания извести и песка. Широкую распространенность этот материал получил благодаря широкому спектру применения в доме, а также из-за того, что цена на него довольно низкая.
Однако, когда мы обращаемся к физическим ценам на этот продукт, все оказывается не так гладко.
Возьмем двойной силикатный кирпич М 150. Обозначение М 150 означает высокую прочность, поэтому он даже приближается к натуральному камню. Размеры составляют 250х120х138 мм.
Теплопроводность данного типа составляет в среднем 0,7 Вт/(м оС). Это относительно низкое значение по сравнению с другими материалами. Поэтому кирпичи этого типа не создают горячих стен.
Важным преимуществом этих кирпичей по сравнению с керамическими являются их звукопоглощающие свойства, что может быть очень полезно при возведении стен, ограждающих жилище или разделяющих помещение.
КЕРАМИЧЕСКИЙ
Вторым по популярности строительным кирпичом является керамический кирпич. Для его изготовления обжигают различные глиняные смеси.
Эти кирпичи делятся на два типа:
Строительный кирпич используется для фундамента зданий, стен домов, кухонь и т.д., а облицовочный кирпич — для отделки зданий и помещений. Этот материал больше подходит для строительства своими руками, так как он намного легче силикатного кирпича.
Теплопроводность керамического кирпича определяется коэффициентом теплопроводности и численно одинакова:
- Полнотелый – 0,6 Вт/м* оС;
- Пустотелый кирпич — 0,5 Вт/м* оС;
- Щелевой – 0,38 Вт/м* оС.
Средняя теплопроводность кирпича составляет около 0,92 кДж.
ТЕПЛАЯ КЕРАМИКА
Горячий кирпич — относительно новый строительный материал. В принципе, он является усовершенствованием по сравнению с обычным керамическим кирпичом.
Этот вид продукции намного больше обычного кирпича; его размеры могут быть до 14 раз больше обычных. Однако это не оказывает существенного влияния на общую массу конструкции.
Его теплоизоляционные свойства почти в два раза выше, чем у керамического кирпича. Теплопроводность составляет около 0,15 Вт/м* оС.
Свойства горячего керамического материала
Горячий керамический кирпич имеет множество неглубоких полостей в виде вертикальных каналов. Как уже упоминалось выше, чем больше воздуха в материале, тем лучше теплоизоляционные свойства строительного материала. Потери тепла могут происходить в основном во внутренних перегородках или в швах кладки.
