Сравнить теплопроводность кирпича и дерева: Сравнение и выбор материалов для строительства дома

Вы заинтересованы в установке домашних возобновляемых источников энергии? Мы обыскали страну в поисках лучших торговцев, чтобы убедиться, что мы рекомендуем только тех, кому действительно доверяем.Вы можете найти одного из этих мастеров на нашей простой в использовании карте местного установщика.

>>> ПЕРЕЙДИТЕ НА КАРТУ МЕСТНОГО УСТАНОВЩИКА <<<

Или же, если вы хотите, чтобы мы нашли для вас местного установщика, просто заполните форму ниже, и мы свяжемся с вами в ближайшее время!

керамика, шамот, красный, коэффициент, коэффициент изоляции воздушного шума кирпичной кладки, дерева и пеноблока, видео инструкция по монтажу своими руками, фото и цена.Теплопроводность силикатного кирпича. Плотность, вода

Современный строительный рынок все больше пополняется новыми материалами, которые радуют потребителя качественным исполнением, улучшенными свойствами, обновленными характеристиками. Их преимущества перед традиционными неоспоримы благодаря преобладанию сразу нескольких характеристик по многим значимым параметрам.

С появлением новых технологий в строительной отрасли нельзя забывать и о хорошо зарекомендовавших себя строительных материалах.Например, кирпичные материалы во все времена были востребованными, и никакие факторы не могли повлиять на уровень их популярности. Из них большинство построек было возведено, так как они обладают способностью противостоять различным климатическим условиям.

С давних времен и до наших дней это строительное изделие выдерживает большие нагрузки, оно проходит долгую проверку временем. Прочность, долговечность, экологические свойства, водостойкость, морозостойкость, звуко- и теплоизоляционные характеристики относят его к лучшим строительным материалам.

Что такое теплопроводность?

Тем не менее, одним из мощных свойств кирпича является теплопроводность (Т) — способность пропускать тепло через себя, несмотря на разные температуры. Он показывает, насколько теплая кирпичная стена, насколько этот материал способен проводить и передавать тепло.

Керамические изделия используются при возведении несущих стен, перегородок между комнатами, облицовки — дают возможность придать дому и прилегающему забору аккуратный и достойный вид, презентабельный вид, создать неповторимый стиль, а также увеличить тепло в доме. .При выборе строительных материалов для возведения полов, стен и полов это самые важные факторы.

На вопрос: «Как определить значение тепловых характеристик?», Отвечают специалисты с богатым и многолетним опытом работы. Они авторитетно настаивают на том, что многочисленные виды кладки детально изучены в лабораторных условиях. В соответствии с полученными данными устанавливается определенный коэффициент теплопроводности кирпича.

Индикаторы указывают на разные температуры, так как тепловая энергия имеет способность постепенно переходить из горячего состояния в холодное. При достаточно высоких температурах этот процесс можно увидеть открыто. Высокая интенсивность теплопередачи за счет изменения температуры.

Коротко о законе Фурье

Для более глубокого изучения теплопроводности и теплового потока с учетом площади поперечного сечения ученые Фурье вывели специальный закон, показывающий, как существующие материалы отлично сохраняют тепло и улучшают их изоляцию.

Величина степени теплоотдачи обозначается специальным коэффициентом (QD) — λ, а тепловая энергия измеряется в ваттах. Последний снижает свой уровень при прохождении расстояния 1 мм с перепадом температур в 1 градус. В результате меньшая потеря энергии более выгодна, а строительный материал с небольшой КТ относится к более теплым.

Параметр теплопроводности во многом обусловлен плотностью, с уменьшением его уровня уменьшается и тепловой показатель.То есть плотные тяжелые образцы имеют более высокое значение Т, а меньший вес и меньшая прочность указывают на маленькую Т. Для увеличения Т они влияют на состав материала, его плотность, соблюдение способа изготовления, влагостойкость.

Теплопроводность кирпича разных типов

По справочным данным теплопроводность силикатного кирпича (сухой) составляет 0,8 Вт / м * К, Т кладки из него — 0,7 Вт / м * К. Значение этого параметра у керамического кирпича вверху, Т кладки из него — 0. .9 Вт / м * К. Следовательно, тепловой показатель передачи энергии у силиката меньше, чем у керамики, то есть первый дольше сохраняет тепло, поэтому его применяют для отделочных работ на фасадах зданий за счет лучшего обеспечения теплоизоляционных характеристик. .

Теплопроводность пустотелого кирпича составляет 0,3-0,4 Вт / м * К, то есть теплопотери увеличиваются почти вдвое. В результате такие постройки требуют дополнительного утепления.

Величина облицовки кирпича по этой характеристике зависит от вида, так как он делится на керамический, силикатный и клинкерный.Самый высокий уровень Т у клинкера, самый низкий — у керамики. Силикат намного холоднее керамики, и наиболее популярным в этом плане является гиперпрессованный. Чем плотнее и прочнее строительный материал, тем выше уровень его Т.

Красный кирпич имеет коэффициент теплопроводности в зависимости от технологии его производства. За счет достаточной плотности и пустотности от 40% до 50% Т составляет 0,2 — 0,3 Вт / м * К. При таком значении толщина стен может быть значительно меньше, чем в здании из силиката.

Уровень тепловых характеристик шамотного кирпича очень важен из всех остальных показателей. Самое главное учитывать этот фактор при строительстве печей, а также каминов. Умение быстро отдавать тепло просто незаменимо, если вы хотите иметь такие виды отопления в своем доме.

Как известно, степень передачи тепловой энергии формируется такими различными качественными свойствами: вес, объем, влажность, пористость, плотность, влажность, виды добавок.Большое количество пор, содержащих воздух, создает низкий уровень теплопроводности. Для обеспечения тепла в жилище следует выбирать стройматериалы с низким значением СТ, так как это напрямую влияет на выбор технологии утепления стен и системы отопления.

Итак, каждый тип кирпича имеет свой коэффициент теплопроводности (КТ), измеряемый в Вт / м ° C или в Вт / м * К. Для силикатных, керамических, полнотелых и пустотелых данные приведены выше. Облицовочная (лицевая) керамика имеет довольно низкий уровень — 0.3 — 0,5, а гиперпрессия, наоборот, — 1,1. Красная пустота — всего 0,3 — 0,5, «сверхэффективная» — от 0,25 до 0,26, полнотелая — от 0,6 до 0,7, глина — 0,56.

Кирпичные изделия разных производителей имеют разные физические характеристики. Поэтому строительные работы необходимо вести с учетом значений указанных коэффициентов, указанных в документации от производителя. Перед началом работ следует изучить всю сопутствующую информацию, прислушаться к рекомендациям опытных профессиональных строителей и только после этого быть готовым приступить к намеченному строительству.

Учитывается теплопроводность кирпича различных типов (силикатный, керамический, облицовочный, огнеупорный). Произведено сравнение кирпича по теплопроводности; Коэффициенты теплопроводности огнеупорного кирпича представлены при разных температурах — от 20 до 1700 ° С.

Теплопроводность кирпича существенно зависит от его плотности и конфигурации пустот. Кирпичи с меньшей плотностью имеют меньшую теплопроводность, чем высокую.Например, пенобетонный, диатомовый и изоляционный кирпич плотностью 500 … 600 кг / м 3 имеют низкое значение теплопроводности, которое находится в диапазоне 0,1 … 0,14 Вт / (м · град). .

Кирпич в зависимости от состава можно разделить на два основных типа: керамический (или красный) и силикатный (или белый). Величина теплопроводности кирпича этих типов может существенно различаться.

Кирпич керамический. Изготовлен из высококачественного красного цвета, составляющего около 85-95% его состава, а также других компонентов.Этот кирпич изготавливается методом формования, сушки и обжига при температуре около 1000 градусов по Цельсию. Теплопроводность керамического кирпича различной плотности составляет 0,4 … 0,9 Вт / (м · град).

Сфера применения керамического кирпича делится на рядовой строительный, огнеупорный и облицовочный. Лицевой декоративный (облицовочный) кирпич имеет ровную поверхность, однородный цвет и применяется для облицовки зданий снаружи. Теплопроводность облицовочного кирпича составляет 0,37 … 0,93 Вт / (м · град).

Кирпич силикатный. Изготовлен из очищенного песка и отличается от керамики по составу, цвету и теплопроводности. Теплопроводность силикатного кирпича несколько выше и составляет от 0,4 до 1,3 Вт / (м · град).

Теплопроводность кирпича также зависит от его структуры и формы:

• пустотелый кирпич — изготавливается с пустотами, сквозными или глухими и имеет более низкую теплопроводность по сравнению с сплошным изделием.Коэффициент теплопроводности пустотелого кирпича составляет от 0,4 до 0,7 Вт / (м · град).
• полнотелый — используется, как правило, при основном возведении несущих стен и конструкций и имеет большую плотность. Полнотелый силикатный и керамический кирпич проводят тепло лучше пустотелого в 1,5-2 раза.

Обжиговой или огнеупорный кирпич. Предназначен для использования в агрессивных средах, применяется для закладки печей, каминов или теплоизоляции помещений, находящихся под воздействием высоких температур.Огнеупорный кирпич обладает хорошей термостойкостью и может использоваться при температуре до 1700 ° С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича при высоких температурах увеличивается и может достигать значений 6,5 … 7,5 Вт / (м · град). Более низкая теплопроводность по сравнению с различными пенобетонными и диатомитовыми кирпичами. Теплопроводность такого кирпича при максимальной температуре применения (850 … 1300 ° С) составляет всего 0,25 … 0,3 Вт / (м · град). Следует отметить, что коэффициент теплопроводности шамотного кирпича, который традиционно используется для кладки печей, выше и равен 1.44 Вт / (м · град) при 1000 ° C.

Источники:

1. Физические величины.Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина и другие; автор: ed. ЯВЛЯЕТСЯ. Григорьева — М .: Энергоатомиздат, 1991 — 1232 с.
2. Таблицы физических величин. Справочник. Эд. Акад. И.К. Кикоин. М .: Атомиздат, 1976. — 1008 с. Строительная физика, 1969 — 142 с.
3. Духовки промышленные. Справочное руководство по расчетам и проектированию. 2-е издание, дополненное и переработанное, Казанцев Э. И. М .: Металлургия, 1975 — 368 с.
4. Х. Вонг. Основные формулы и данные по теплопередаче для инженеров.Справочник. М:. Атомиздат 1979 — 212 с.

Кирпич в строительстве используется повсеместно, как для крупногабаритных построек, так и для частных построек. Такая популярность оправдана, ведь этот строительный материал имеет множество параметров, в том числе прочность, долговечность и относительно хорошую звуко- и теплоизоляцию. Основным конкурентом в частном строительстве здесь является древесина, поэтому сравним теплопроводность кирпича и дерева.

Для начала разберемся, что такое кирпич, какие бывают его разновидности, что, где и когда используют.После этого вам будет представлен обзор деревянных строительных материалов с описанием их качеств и недостатков. Ну и в заключение делаем вывод, какой материал лучше и как его правильно применять в строительстве.

Разумеется, мы уделим много внимания теплопроводности, и опишем этот параметр для всех рассматриваемых здесь видов стройматериалов. Сравнение даст вам возможность сделать правильный выбор.

Виды кирпича

Клинкер

Эта разновидность имеет самую высокую теплопроводность.Именно поэтому, несмотря на прекрасные качественные показатели прочности, при возведении стен этот материал используется редко. Его чаще всего используют для мощения дорог и устройства полов в производственных помещениях.

Коэффициент (λ) равен значению — 08 — 09 Вт / (м * К). Это очень большой показатель, который делает бессмысленным использование клинкера для строительства утепленных конструкций. Для этих целей есть другие строительные материалы.

Силикат

Далее идет строительный материал из силиката.Разновидностей этого строительного продукта много, и уровень теплопотерь здесь напрямую зависит от веса агрегата. То есть, чем меньше весит силикатный брикет, тем меньше потерь тепла будет у построенного из него здания.

Таким образом, твердый брикет, например, двойной силикатный кирпич М 150, будет значительно терять тепло (λ — 0,7 — 0,8). Но уже щелевой силикат будет иметь коэффициент равный значению — 0,4, что почти вдвое эффективнее.

Однако силикат, будучи дешевым продуктом, требует качественной дополнительной изоляции.Да и по показателям прочности и долговечности он довольно посредственный.

Керамика

Сюда входят:

• Полнотелый
• Пустотелый.
• Огнеупор.
• Щелевой.
• Теплая керамика.

Все эти материалы используются при укладке. У каждого из них своя ценность сохранения и теплопотерь. Логично, что у полнотелого материала самый слабый показатель сохранения тепла — 05-0.8 Вт / (м * К). Это связано с его весом.

Отдельно стоят огнеупорные керамические строительные материалы. Например, теплопроводность шамотного кирпича принимает значение 06-08 Вт / (м * К). Этот индикатор практически идентичен индикатору.

Это совпадение неудивительно, ведь шамот — это брусок из обожженной глины с улучшенными огнеупорными качествами.

Прочие виды

Следует отметить, что теплопроводность керамического кирпича самая низкая среди всех видов строительных материалов такого типа.Понятно, что дело в том, что не вся керамика не теплопроводна, как было отмечено выше, многое зависит от веса строительного брикета.

Итак, наиболее токонепроводящей является керамика, а теплая керамика мы отмечали ранее. Пористый брус, изготовленный таким образом, что помимо имеющихся трещин, он также имеет особую структуру, уменьшающую собственный вес. Этот фактор дает возможность экономить тепло.

Или, может быть, дерево

Дерево — тоже вариант.

Преимущества деревянных конструкций

Как уже упоминалось в начале, мы сравниваем теплопроводность кирпичной кладки и деревянных конструкций.Естественно, у нас ничего не получится без обзора свойств самого этого дерева. Сравниваем не только теплопроводность, но и другие важные характеристики.

Итак, начнем с показателя сохранения тепла. Деревянные конструкции здесь лучше многих кирпичных аналогов. Дерево в силу своих особенностей имеет гораздо меньший коэффициент λ.

Но обо всем по порядку. Сравнивая теплопроводность дерева и кирпича, нужно понимать, что древесина бывает разной.

Вот наиболее часто используемые породы деревьев, а также изделия из них:

• Массив дуба.
• Хвойные породы.
• ДСП и аналогичные плиты.

Все они имеют коэффициент теплопроводности, который значительно меньше, чем у кирпичных строительных материалов. Самый низкий показатель древесины, которая разрезается вдоль волокон. Там λ равно 0,1.

Но даже для древесины, распиленной поперек волокон, показатель теплопотерь минимален — 0,18 — 0.23 Вт / (м * К). DSP имеет это значение в диапазоне 0,15 Вт / (м * К).

Недостатки деревянных конструкций

Становится ясно, что древесина больше подходит для возведения стен в зданиях, так как она обладает лучшими свойствами, необходимыми для экономии тепла. Но почему кирпичная кладка все же более распространена?

Ответ прост. Несмотря на то, что коэффициент теплопроводности кирпича выше, чем у деревянной конструкции, последняя имеет ряд недостатков, которые подталкивают строителей в пользу кладки.

К этим недостаткам относятся:

• Цена. Качественная древесина, особенно цельная (а другая для возведения стен и не подходит) стоит довольно больших денег.
• Прочность. Несмотря на свою стоимость, дерево недолговечно, подвержено таким неприятностям, как усадка, образование посинения, гниль и т. Д. Чтобы всего этого избежать и продлить срок службы, деревянные конструкции необходимо дополнительно обрабатывать специальными веществами. .
• Пожарная опасность Дерево горит.И горит очень хорошо. Кирпичная кладка, а тем более шамот, во много раз пожаробезопасна, чем деревянная конструкция.
• Воздействие факторов окружающей среды. Дерево очень боится солнца, осадков и прочего.

Понятно, что наличие столь существенных недостатков, устранение которых требует больших денежных затрат, отпугивает потенциального потребителя. Отличная теплопроводность деревянных конструкций не способна спасти положение, и большее количество потребителей отдают предпочтение кирпичным конструкциям.

В основном из дерева строят элитное жилье, на котором никто не думает экономить. Для обычных построек используется старый добрый строительный кирпич.

Приступаем к делу

Итак — выбор очевиден.

Что построить

Итак, мы решили, что лучшим вариантом для возведения стен будут керамические стройматериалы. Хотя эти изделия не блещут низкими теплопроводными свойствами, однако по другим показателям они намного привлекательнее дерева.

Понятно, что создать теплый дом из одного кирпича не удастся. Понадобится грамотная дополнительная изоляция.

Не будем здесь останавливаться на том, какими материалами лучше утеплить стены. Отметим лишь некоторые случайные моменты.

Коэффициент теплопроводности кирпичной стены, как уже было сказано, довольно высокий (доходит до значения 0,8 в зависимости от типа материала). При использовании в зимнее время кирпичной кладки и теплоизоляционного материала могут возникнуть проблемы, связанные с накоплением влаги внутри стены.Это очень негативно сказывается на его качественных свойствах и долговечности.

Чтобы предотвратить такую ​​ситуацию, есть одна инженерная уловка. Об этом и поговорим дальше.

Да, такая уловка называется воздушной прослойкой в ​​кирпичной кладке. О нем знают многие, но не все правильно его создают.

Вот инструкция по созданию воздушного зазора:

• В первом ряду кладки между кирпичными брусками оставлены зазоры, которые нельзя заполнить цементным раствором.Расстояние между этими промежутками должно быть около 1 метра.
• По всей высоте стены между кирпичной кладкой и изоляцией остается небольшое пространство, через которое воздух должен «проходить».

Таким образом создается вентиляция, а температура в помещении регулируется.

Примечание! Ни в коем случае нельзя делать стяжку или другое перекрытие на последнем ряду кладки, которое закрыло бы путь для циркуляции воздуха. Тем самым вы лишаете всю идею воздушной прослойки.

Наконец

Как видите, теплопроводность кирпичной кладки можно снизить, не прибегая к каким-либо радикальным методам. И самое главное, вам не нужно тратить большие суммы денег или жертвовать качественными показателями вашего дома.

Кроме того, если вы решите построить стены из огнеупорного кирпичного материала, то вы получите дополнительную степень безопасности, которую вы не достигли бы, построив фундамент из дерева. Несмотря на то, что теплопроводность шамотного кирпича довольно высока, все же хороший выбор в пользу безопасности.

Также следует отметить и показатель изоляции воздушного шума кладки. Как и теплопроводность, сверхкачественных показателей у него нет, но вполне достаточно. А с дополнительной звукоизоляцией вы будете чувствовать себя очень комфортно.

При создании муфты из керамического материала показатель воздушного шума колеблется на границе 50 дБ. Это среднее значение с тенденцией к занижению.

Впрочем, вполне комфортно. При армировании кладки звукоизоляционными материалами можно увеличить значение шумоизоляции до стабильного среднего значения.

Вывод

Понятно, что кладку можно сделать своими руками. На нашем сайте вы найдете много информации о том, как это сделать. Вы найдете информацию о кладке, как из кирпича, так и из пеноблока. Этот материал, кстати, интересен многими своими характеристиками.

Говоря о теплопроводности красного кирпича, хотел бы закончить разговор на следующем. Этот показатель очень важен для дома: не пренебрегайте им, и тогда тепло не уйдет из вашего дома.Если у вас остались вопросы, то в представленном видео в этой статье вы найдете дополнительную информацию по данной теме.

Новые материалы не могут не восхищать своими характеристиками и возможностями. Польза строительных технологий с их помощью неоспорима. Искусственные и комбинированные строительные материалы превосходят традиционные сразу по нескольким ключевым параметрам, а зачастую и в несколько раз. Однако нельзя сбрасывать со счетов и традиционные материалы: кирпич, например, был и остается востребованным.

Большинство домов кирпичные: в этом нетрудно убедиться. То есть все знают о способности этого материала успешно противостоять атмосферным явлениям.

Известны также механическая прочность и долговечность этого материала, а также экологическая безопасность. Кроме того, кирпич обладает хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, морозостойкостью. Все эти качества делают его одним из лучших строительных материалов.

Виды кирпича

Ранее этот материал выпускался двух видов: белый (силикатный) и красный (керамический) полнотелый.Иногда встречались керамические пустоты. Современные керамические кирпичи бывают разных цветов и оттенков: желтого, кремового, розового, бордового. Их фактура тоже может быть разной. Однако по способу изготовления и составу они все же подразделяются на керамические и силикатные.

У них нет ничего общего, кроме геометрических параметров. Керамика состоит из обожженной глины (с различными добавками), а силикат — из извести, кварцевого песка и воды. Тактико-технические характеристики обоих типов регламентируются разными нормативными документами, которые обязательно учитываются в строительной отрасли.

Керамический кирпич более популярен. Его разновидности: полнотелые, пустотелые, облицовочные с разной текстурой поверхности. Свойства этого строительного материала и его эстетические качества, разнообразие цветов и форм делают его уникальным и подходящим для возведения любых построек.

Назначение кирпича различных типов и их отличительные особенности

Кирпич по назначению делится на специальный, строительный и облицовочный. Конструкция применяется для кладки стен, фасады — для украшения фасадов, а в особых случаях — для особых (например, для кладки печи, камина или дымохода).

Полнотелый кирпич содержит не более 13% пустот: он используется для возведения стен (внешних и внутренних), столбов, колонн и т. Д. Конструкции из такого материала способны нести дополнительную нагрузку за счет высокой прочности на сжатие, изгиб и хорошей морозостойкости керамического кирпича. Теплоизоляционные свойства зависят от пористости, а от нее зависит водопоглощение, способность материала сцепляться с кладочным раствором. Этот материал имеет не очень хорошее сопротивление теплопередаче, в связи с чем стены жилых домов должны быть выполнены достаточной толщины или дополнительно утеплены.

У пустотелого кирпича объем пустот может достигать до 45% от общего объема изделия, следовательно, его вес меньше, чем у полнотелого. Подходит для возведения светлых стен и наружных стен, они заполняют каркасы многоэтажных домов. Пустоты в нем могут быть как сквозными, так и закрытыми с той или иной стороны. Форма пустот — круглая, квадратная, овальная, прямоугольная. Располагают их вертикально и горизонтально (последнее менее удачно, так как такая форма менее прочная).

В пустотном кирпиче объем пустот может достигать 45% от общего объема изделия.

Пустоты могут сэкономить довольно много материала, из которого можно сделать кирпичи. Кроме того, он значительно повышает его теплоизоляционные свойства. При этом важно, чтобы консистенция раствора была настолько густой, чтобы он не заполнял воздушные полости.

Кирпич облицовочный применяют соответственно для облицовки зданий. Обычно его размеры такие же, как у стандартного, но в продаже есть и изделия меньшей ширины.Чаще всего его делают пустотелым, что определяет его высокие тепловые характеристики.

Среди специальных кирпичей наиболее распространены огнеупорный (обжиговый) и теплоизоляционный. Оба используются для строительства каминов и печей (в том числе мартеновских). Они сделаны из особой шамотной глины, но имеют другое предназначение. Огнеупор предназначен для выдерживания температур свыше 1600 ° С, а теплоизоляционный — для предотвращения нагрева наружных стен печей и потерь тепла. Если вы построите стены из этого материала, они хорошо сохранят тепло.Но слабая прочность материала позволяет только заливать их стены.

Клинкерный кирпич облицовывает цоколи зданий. Обладает высокой морозостойкостью и механической прочностью за счет использования при их изготовлении огнеупорных глин. Необработанный обжиг проводится при более высоких температурах, чем обычно.

Что такое теплопроводность

Этот термин относится к способности материала передавать тепловую энергию. Эта способность в данном случае выражает коэффициент теплопроводности кирпича.Для клинкера этот показатель составляет порядка 0,8 … 0,9 Вт / м К.

Силикат имеет меньшую теплопроводность и в зависимости от количества содержащихся в нем пустот делится на: щелевые (0,4 Вт / м · К), с техническими пустотами (0,66 Вт / м К), полнотелая (0,8 Вт / м К).

Керамика еще легче, поэтому этот показатель еще меньше. Для полнотелого кирпича она находится в пределах 0,5 … 0,8 Вт / м К, для щелевого кирпича — 0,34 … 0,43 Вт / м К и для пористого кирпича — 0,22 Вт / м К. Характеризуется пустотелый кирпич. на 0.57 Вт / м К. Этот показатель непостоянен и меняется в зависимости от пористости материала, количества и расположения пустот.

Утверждение о том, что кирпич обладает высокой теплопроводностью, не совсем верно: некоторые виды этого материала проводят тепло даже хуже, чем газобетонные блоки. Сочетание прочностных свойств полнотелого кирпича и теплоизоляционных свойств пустотелой (а еще лучше — пористой керамики) позволяет строить надежные и энергоэффективные здания.

Производство полых керамических изделий в России стало составлять около 80%.Значительно расширился ассортимент эффективных керамических изделий, в том числе из пористой керамики. Оборудование для производства пустотелого кирпича и камня в основном импортное, приобретение которого началось в первые годы перестройки. В кирпиче и камне допустимые размеры щелевых пустот увеличены с 12 до 16 мм, диаметр вертикальных цилиндрических пустот и размер стороны квадратных пустот — с 16 до 20 мм. Более крупные пустоты введены в ГОСТ 530-95.При этом Госстрой России планировал поручить НИИ совместно со строителями разработать новые технологии кладки, исключающие заполнение пустот раствором, аналогичным зарубежным.

Поскольку работы по новым технологиям не завершены, большинство строительных организаций продолжают кладку стен по технологии, разработанной для полнотелого кирпича. В результате расход раствора для кладки стен увеличился с 0.От 20-0,24 м 3 до 0,3-0,4 м 3, что привело к набегам цемента 50-100 кг на кубометр кладки и раствора до 300 кг. Попавший в пустоты раствор снижает теплозащитные свойства стен без улучшения их прочностных свойств. Экспериментальные исследования температурно-влажностного режима кладки из современного пустотелого кирпича и камня позволили ввести в новый ГОСТ 530-2007 требования, отражающие современную ситуацию в кирпичной промышленности и строительстве.Было бы неправильно вводить обязательные требования, ограничивающие размер пустот в кирпичах и камнях до 8-12 мм, так как это повлечет временную остановку для многих предприятий. При этом избежать заполнения раствором пустоты размером более 12 мм можно при возведении стен с применением различных технологических приемов. Решение, принятое в ГОСТ 530-2007, позволяет фабрикам и строителям самостоятельно выбрать для себя более приемлемый вариант.

Новые требования, внесенные в стандарт, отражают заинтересованность строительной отрасли в объективной оценке тепловых характеристик продукции и улучшении ее качества.Определение коэффициента теплопроводности пустотелой кирпичной и каменной кладки будет проводиться на фрагменте стены, выполненной по технологии, исключающей заполнение пустот кладочным раствором. то есть с такой же скоростью потока по сравнению с полнотелыми. Этот метод позволяет производителю сравнивать тепловые характеристики своей продукции с производимой на других заводах, так как изготовление фрагмента стены для испытаний полностью исключает эффект нарушений технологии кладки стены, часто допускаемых в строительных условиях. .Свалить вину за снижение теплозащитных качеств на кирпичных заводах на строителей будет практически невозможно. При этом не запрещается испытание пустотелого кирпича и камня на фрагментах стен или непосредственно на стенах эксплуатируемого здания, построенного по технологии, применяемой для кладки полнотелого кирпича, что должно быть зафиксировано в протоколе испытаний. Полученные значения теплопроводности кладки в обоих направлениях могут быть использованы при проектировании наружных стен при соблюдении соответствующих коэффициентов теплопроводности технологического регламента, являющегося неотъемлемой частью конструкции здания.Данные в таблице D.2, приведенные в стандарте, позволяют производителю принять разумное решение по улучшению тепловых характеристик керамических стеновых или стеновых кирпичей и камня. Для этих целей целесообразно увеличить количество щелевых пустот за счет уменьшения их ширины с перекрытием через теплопроводящие керамические диафрагмы, чтобы увеличить пористость черепка. Рациональный размер и расположение пустот в кирпиче позволят на 30% снизить теплопроводность кладки по сравнению с кладкой из кирпича с заполненными раствором пустотами стандартных размеров.Информация о тепловых свойствах кладки позволяет заказчику выбрать подходящую ему продукцию или поставить на заводе вопрос о производстве кирпича с уменьшенными пустотами и улучшенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на развитие производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплофизическими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до 50-100 кг на кубометр кладки стен.

Установившаяся практика возведения стен из пустотелого теплоэффективного камня и кирпича по той же технологии, что и полнотелая, снизила конкурентоспособность огнестойких прочных конструкционных теплоизоляционных стен и облицовочного кирпича и камня по сравнению с явно худшими материалами в решении проблема энергосбережения и повышения прочности наружных стен.

В новый стандарт вводится новое требование, устанавливающее марку морозостойкости лицевого керамического кирпича не ниже Р 50. Это повышение связано с качественным изменением физических процессов в наружных стенах с повышенным уровнем термической стойкости. изоляция, что привело к большему количеству циклов внешних температурных переходов в облицовочном слое, что привело к преждевременному разрушению наружных стен.

Для определения морозостойкости кирпича принят метод объемного замораживания, более жесткий, чем метод одностороннего замораживания.Статистически обработанные результаты испытаний, полученные методом одностороннего замораживания, примерно на 20% дают больше, чем данные, полученные методом объемного замораживания. При разработке метода одностороннего замораживания считалось, что использование метода объемного замораживания приводит к «необоснованному» выбракованию практически прочных кирпичей и, как следствие, к дополнительным технологическим затратам. Также предполагалось, что пропущенный брак при испытании методом односторонней заморозки принесет меньший ущерб народному хозяйству, чем отбраковка хороших продуктов при замораживании в больших количествах.Но практика эксплуатации зданий показала, что стоимость ремонта поврежденных участков на фасадах стен из допущенного к строительству бракованного кирпича после испытаний методом одностороннего замораживания значительно превышает стоимость производства лицевого кирпича повышенной морозостойкости. . Это также создает большие трудности при ремонте подбором цвета лицевого кирпича, что приводит к ухудшению внешнего вида фасада построек.

Реализация требований межгосударственного стандарта значительно повышает роль производителей пустотелого керамического кирпича и камня во взаимоотношениях с проектировщиками и строителями в решении задачи повышения теплозащитных качеств и долговечности наружных энергетических стен. -эффективные здания.

Если бы материалы кладки находились в эксплуатации в сухом состоянии, то высокое содержание цементно-известково-песчаного раствора плотностью 1800 кг / м 3 не привело бы к заметному снижению теплозащитных качеств наружного кирпичные стены, так как его коэффициент теплопроводности (λ), равный в этих условиях 0,58 Вт / (м * o C), при той же плотности, что и керамика (1800 кг / м 3), немного превышает его теплопроводность, равную 0,55 Вт / (м * o C). Но, к сожалению, они в условиях эксплуатации имеют существенно разную влажность, что значительно увеличивает λ стены.Сорбционная влажность цементно-известково-песчаного раствора приближается к 5%, а полнотелого керамического кирпича не превышает 1%.

Сорбционная влажность стеновых и облицовочных материалов из пористой керамики, например ОАО «Победа ГРП», как правило, не превышает 0,6%. Экспериментально определенная эксплуатационная влажность кирпичной кладки на образцах, отобранных со стен с массовым соотношением материалов (кирпич: раствор) 3: 1 при относительной влажности наружного воздуха φ n = 97%, соответствующей Шри в январе месяце (г. Москва). , Г.-Петербург), это значительно большее значение. Уместно отметить преимущество этой стены из пористой керамики (рис. 1). На его меньшее значение рабочей влажности повлияла не только особенность пористой структуры, но и значительно меньшее количество раствора в стенках из крупноформатных керамических камней. В условиях эксплуатации кирпичная стена собирает наибольшее количество влаги в период максимального накопления влаги, то есть в марте месяце. В этот период кирпич и раствор находятся в супервпитывающем состоянии.Собравший влагу раствор в результате контакта отдает ее порам кирпича, увеличивая общую влажность кладки. Влага, закрытая в крупные поры, имеет теплопроводность 0,55 Вт / (м * o C), что почти в 20 раз превышает теплопроводность влажного воздуха, равную 0,027 Вт / (м * o C). В сильные морозы часть накопленной влаги в известково-цементно-песчаном растворе и в гораздо меньшем объеме в керамике превращается в лед, теплопроводность которого равна 2.3 Вт / (м * o C), что в 4 раза превышает теплопроводность жидкой влаги. Кроме того, образующийся лед является преградой в стене на пути выхода пара из помещения. Это увеличивает влажность материалов и снижает теплозащитные качества стены и морозостойкость облицовочного кирпича в слое облицовки.

По этим причинам на основании результатов полевых и лабораторных исследований расчетное (нормативное) значение рабочей влажности плотной кирпичной кладки для условий эксплуатации B принято равным 2%, что значительно превышает максимальную сорбционную влажность керамики, равную 1%.Для раствора цементно-известкового раствора стандартное значение влажности для условий эксплуатации B принято равным 4%. Это немного ниже максимального значения сорбции 5-6%. Часть влаги из раствора переносится на соседнюю керамику. Особенно это заметно в кладке из пустотелого кирпича, которая имеет более развитую внешнюю поверхность, контактирующую с влажным раствором, почти вдвое превышающую полнотелую. Да и раствора в кладке из пустотелого кирпича на 30-40% больше, чем в кладке из полнотелого.Таким образом, пустотелый кирпич быстрее переходит в состояние эксплуатационной влажности.

Определение количественных зависимостей влияния кладочного раствора на влажностный режим стен проводилось в климатической камере на трех фрагментах стен размером 1,8 х 1,8 х 0,38 м, изготовленных в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко вместе с НИИСФ. В кирпичах использовался завод Голицына с шириной пазов 12, 16 и 20 мм. При изготовлении осколков измеряется расход раствора.Аналогичные испытания проводились в естественных условиях и в климатической камере на стенах толщиной 640 мм из кирпича с квадратными пустотами 20 х 20 мм. Изготовление фрагментов стен для испытаний производилось квалифицированными каменщиками с фиксированным расходом раствора 0,23 м3, 0,3 и 0,4 м3 на кубометр кладки. Раствор был нанесен цементно-известково-песчаный плотностью 1800 кг / м 3 состава 1: 0,9: 8 (цемент: известь: песок) по объему на портландцемент марки 400 с осадкой 9 см. Стены, испытанные в натурных условиях, были выполнены по технологии, разработанной для полнотелого кирпича, то есть с частичным заполнением пустот раствором.Консистенция и плотность раствора не контролировались. Было разрешено «омолодить» неиспользованный до обеда раствор, то есть с нарушениями технологических регламентов, присущих условиям строительства. Таким образом, результаты тепловых испытаний кладки стен в естественных условиях существенно в худшую сторону отличались от результатов, полученных в климатической камере. Анализ результатов испытаний проводился по данным, полученным в климатической камере. Фрагменты стен выполнены из 21-полого кирпича плотностью 1000 кг / м 3 и 1400 кг / м 3 с размером пустот 20 х 20 мм.Фрагменты укладывались на цементно-известково-песчаный раствор плотностью 1800 кг / м 3 с осадкой конуса 9 см. Толщина горизонтальных швов раствора составляла 12 мм, вертикальных 10 мм. Для сравнения теплотехнической эффективности фрагментов стены первый был выполнен по технологии, полностью исключающей заполнение пустот раствором, то есть по технологии соответствующая кладка из полнотелого кирпича. Расход раствора составил 0,23 м3. Второй и третий фрагменты выполнены соответственно с расходом 0.3 м 3 и 0,4 м 3 на один кубометр кладки, то есть с частичным заполнением пустот. Плотность кладки из пустотелого кирпича плотностью 1000 кг / м 3 соответственно составила 1180 кг / м 3, 1310 кг / м 3 и 1490 кг / м 3. Из пустотелого кирпича плотностью 1400 кг / м 3. плотность увеличилась до 1492 кг / м 3, 1618 кг / м 3 и 1798 кг / м 3.

Для достижения состояния равновесной влажности, соответствующего воздушно-сухому состоянию в климатической камере, перед испытаниями при t B = 20 o C, φ B = 40% фрагменты хранились в специальном помещении.Поскольку наступление стационарных условий диффузии водяного пара требует длительного времени, исследования в климатической камере проводились в течение трех месяцев при t H = -20 o C, t B = 20 o C. Были взяты образцы материалов для определения влажности. в соответствии с расходом на 1 м 3 стены. То есть при расходе 0,23 м 3 это соотношение составляло 1: 3 (одна часть раствора: три части керамики), на 0,3 м 3 брали 1: 2, а при 0,4 м 3 соответственно. 1: 1,5. В кладке, выполненной с нормой расхода 0.23 м 3 влажность керамики с 0,2% в воздушно-сухом состоянии увеличилась до 1,2% с максимальным значением 2,2% на расстоянии 0,33 толщины стенки от внешней поверхности. Влажность раствора в этом месте составляет 5,4% при среднем значении 3,3%. Среднее массовое соотношение влажности кладки составило 1,8% при максимальном значении 3,8%. При увеличении расхода раствора до 0,3 м 3 на 1 м 3 кладки из пустотелого кирпича среднее значение влажности кладки составляет 2.3%; при расходе раствора 0,4 м 3 влажность кладки увеличилась до 2,9% (рис. 2). В последних двух случаях среднее соотношение массы влаги, соответственно, было на 15% и 45% выше стандартного значения, равного 2%. Во всех трех случаях массовое соотношение влажности (максимальное и среднее значения) цементно-известково-песчаного раствора в кладке практически не увеличивается и, тем более, не уменьшается. Среднее значение влажности кладки растет быстрее, чем влажность раствора.Очевидно, это связано со способностью раствора отдавать сверхабсорбированную влагу керамике при контакте и компенсировать потерю влаги из-за диффузии водяного пара из теплого помещения.

Теплопроводность кладки из пустотелого кирпича с диапазоном плотности 1000-1400 кг / м 3, которой практически соответствует практически весь пустотелый кирпич, выпускаемый нашей промышленностью, при расходе раствора 0,23 м 3 в сухом состоянии составляет в диапазоне от 0,26 до 0,41 Вт / (м * o C). Разница не превышает 16%.

При увеличении расхода раствора до 0,3 м 3 плотность кладки, например, из пустотелого кирпича ϒ = 1000 кг / м 3 увеличивается с 1180 кг / м 3 до 1310 кг / м 3. При расходе 0,4 м 3 плотность кладки увеличивается до 1490 кг / м 3. Средняя влажность кирпичной кладки колеблется от 1,8% до 2,3% и 2,9% соответственно. Такое изменение влажности и плотности приводит к увеличению теплопроводности стены с 0,43 до 0.54 Вт / (м * o C) и 0,59 Вт / (м * o C), то есть на 25,6% и 37 соответственно на 2%. При плотности кирпича 1400 кг / м 3 в результате увеличения расхода раствора до 0,3 м 3 и 0,4 м 3 коэффициент теплопроводности кирпичной стены увеличивается с 0,56 Вт / (м * o С). до 0,65 и 0,70 Вт / (м * o С), то есть на 16% и 25,0%. Более значительное увеличение теплопроводности пустотелой кирпичной стены плотностью 1400 кг / м 3 происходит при использовании кладочного цементно-песчаного раствора плотностью 2000 кг / м 3, при том же расходе раствора равном 0.3 м 3 и 0,4 м 3 значение коэффициента теплопроводности увеличивается до 0,74 Вт / (м * o C и 0,77 Вт / (м * o C), то есть на 27,6% и 32,8%. Это также приводит к увеличению по плотности кладки (рис. 3, табл.). Однако следует отметить, что наличие кладки цементно-известково-песчаного раствора плотностью 1800 кг / м 3 в пустотах кирпича оказывает меньшее влияние на увеличение теплопроводности стены по сравнению с увеличением ее влажности, что связано с рыхлым состоянием раствора в пустотах, который представляет собой частицы (комки) неправильной формы, разделенные воздушными небольшими полостями.и примерно равной плотности уложенного пустотелого керамического кирпича (брутто).

Кроме того, раствор, попавший в пустоты, разделил большую воздушную полость на несколько воздушных пространств, каждая из которых в результате полного прекращения теплопередачи конвекцией имеет дополнительное тепловое сопротивление в стене. Создаваемое изменение условий теплообмена в какой-то мере компенсирует влияние избытка раствора на снижение теплозащитных качеств пустотелых кирпичных стен.Значительно худшие влажностные условия образуются в пустотах в результате применения кладочного тяжелого раствора плотностью 2000-2200 кг / м 3, особенно повышенной консистенции. Жидкий раствор легко проникает в пустоты, оседает в «литом» виде. Плотность, влажность и теплопроводность тяжелого раствора в воздушном зазоре практически не отличается от теплофизических параметров раствора, находящегося в горизонтальных швах кладки. Влажность тяжелого раствора в кирпичной кладке может увеличиваться до 6-8%, что изменяет влажность и теплопроводность стены на 30-40%.Разрушение кладочного раствора в пустотах создает для каменщиков большие проблемы в создании равномерного слоя раствора в горизонтальных швах кладки. Неудачный раствор образует щели в горизонтальных швах, создавая благоприятные условия для циркуляции воздуха в пустотах. Созданная таким образом продольная фильтрация воздуха снижает теплотехническую эффективность полых керамических стеновых и облицовочных материалов. Для того чтобы исключить условия попадания кладочного раствора в пустоты и создания ровного горизонтального шва без разрывов, ОАО «Победа ЛСР» начало реализацию крупноформатных пустотелых керамических изделий в обязательном порядке применять сетки с ячейками не более 10 х 10 мм. укладка в горизонтальные швы раствора.

Повышенная плотность и влагопоглощающая способность кладочного раствора в условиях эксплуатации наружных стен зданий значительно снижает теплозащитные свойства кирпича, уложенного на заводе. Негативное влияние тяжелого цементно-песчаного раствора может превышать тепловой эффект, получаемый от рационального расположения пустот и пористости керамики. Поэтому кладку пустотелого кирпича с пористой керамикой следует производить на легких (теплых) растворах с пониженной водопоглощающей способностью, достигаемой введением гидрофобных добавок.В зарубежной строительной практике при возведении стен руководствуются принципом соблюдения теплоизоляционных свойств кладочного раствора по теплоэффективности кирпича. Отечественной промышленностью для этих целей освоен выпуск широкого ассортимента теплых кладочных растворов плотностью от 1600 до 500 кг / м 3, теплопроводностью от 0,81 до 0,21 Вт / (м * o C). На строительном рынке большой объем аналогичной продукции и зарубежных фирм. Отмеченные выше различия теплофизических свойств кирпичной кладки из одного и того же кирпича, но на растворах с разными физическими параметрами создают определенные трудности при построении объективной зависимости коэффициента теплопроводности от плотности.Однако эта зависимость используется во многих зарубежных странах. В некоторых странах его устанавливают в зависимости от плотности кладки. Если установлена ​​зависимость теплопроводности от плотности кирпича, то указываются конкретные характеристики применяемого кладочного раствора. В отечественной строительной практике с 1962 года кладку производили на тяжелый раствор (СНиП НА. 7-62). Конкретное значение плотности и расхода раствора на кубометр кладки не указано. Из-за отсутствия информации о удельной плотности раствора значение теплопроводности кирпичной кладки, указанное в нормативном документе, в настоящее время не может быть четко понято, поскольку категория «тяжелые растворы» охватывает диапазон плотности от 1700 г. до 2200 кг / м 3 с разницей А до 40-50%.

Конечно, сегодня можно было бы признать, что приведенные данные соответствуют муфтам, сделанным на растворе плотностью 1800 кг / м 3, если в последующей редакции СНиП И-А. 7-71 ко всей кирпичной кладке плотностью от 1000 до 1800 кг / м 3 с одинаковыми значениями коэффициентов теплопроводности не указано, что они выполняются на каком-либо растворе. В редакции СНиП II-3-79 полностью сохранены значения А для пустотелой кирпичной кладки. Но для каждой плотности кладки добавлена ​​информация о плотности кирпича.Что касается слов «на любом растворе» или «тяжелом растворе», то они были заменены «на цементно-песчаный раствор» без указания плотности. В последующих редакциях СНиП 11-3-79 1982 и 1998 годов эти данные сохраняются. Они переехали в СП 23-101-2004 и отражают свойства, как и в 1962 году, трех типов пустотелого кирпича.

Такой неспецифический подход к нормированию теплопроводности керамического кирпича и камня был в некоторой степени терпимым до 1980 г. и даже до 1990 г., поскольку объем пустотелого кирпича в общем производстве керамических материалов не превышал 0.5%. В настоящее время его доля приближается к 80%. Номенклатура расширилась до 50 наименований. Заводы освоили новые технологии и перешли на более качественный уровень производства керамических изделий из пористой керамики в виде морозостойких кирпичей, крупноформатных камней, соответствующих размером от 4 до 15 условных кирпичей. Это позволило выполнить кладку из некоторых видов камней в несколько раз, чтобы снизить расход раствора. Использование пористой керамики, рациональное расположение пустот в кирпиче при большом разнообразии их форм позволило значительно улучшить тепловые свойства кирпича.

В нормативных документах СП 23-101-2004 пока не нашли отражения тепловые характеристики современных керамических изделий. Имеющиеся данные по трем типам пустотелого кирпича использовать нельзя, так как размер пустот в них не соответствует утвержденным параметрам в ГОСТ 530-95. Поэтому были проанализированы данные 70 заводов по теплопроводности производимых кирпичей и камней, полученные при испытаниях в аккредитованных лабораториях без заполнения пустот.Полученные статистически обработанные данные представлены на рис. 4.

По причинам, указанным выше, приведенные на рис. 4 данные по теплопроводности пустотелой кирпичной кладки плотностью 1000-1400 кг / м 3, выполненной без заполнения пустот раствором, несколько ниже приведенных данных. в СНиП о строительной теплотехнике с частичным заполнением пустот раствором, позже перенесенный в СП 23-101-2004. Наблюдаются некоторые различия в теплопроводности по сравнению с зарубежными данными.Например, кладка из крупноформатных камней пористой керамикой российского производства имеет более высокие значения теплопроводности.

Информация о теплофизических свойствах кладки из разных видов кирпича, которой будет располагать производитель, позволит заказчику выбрать подходящую ему продукцию или поставить на заводе вопрос о производстве кирпича с уменьшенными пустотами и улучшенными теплозащитными свойствами. Дополнительные затраты заказчика на развитие производства пустотелого кирпича или камня с улучшенными теплофизическими свойствами окупятся при строительстве за счет снижения расхода цемента до 50-100 кг на кубометр кладки стен.

Б / у книги

1. ГОСТ 530-80. Керамический кирпич и камень. Технические условия. М., 1980.
2. ГОСТ 530-95. Керамический кирпич и камень. Общие технические условия. М., 1995.
3. ГОСТ 530-2007. Керамический кирпич и камень. Общие технические условия. М., 2007.
.
4. СНиП II-А. 7-62. Строительная теплотехника. Стандарты дизайна. М., 1963.
5. СНиП II-А. 7-71. Строительная теплотехника. Стандарты дизайна. М., 1971.
6. СНиП II-3-79.Строительная теплотехника. Стандарты дизайна. М., 1979.
7. СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М., 2004.
.

Ананьев А.И. , НИИСФ РААСН
Абарыков Б.П. , Минмособлстрой
С.А. Бегулев , А.С. Буланы ОАО «Победа ЛСР»
Журнал «Строительные технологии» 4 (66) / 2009

Исследование теплопроводности древесины хвойных пород

Рисунок 1 . Сосна используется для множества применений, начиная от шпилек и ферм для жилищного строительства (слева) ¹ , до полов и отделки внутренней части дома (справа) ² .

В этом эксперименте исследователи из Thermtest намеревались измерить теплопроводность (Вт / м · К) соснового диска при 20 ° C с помощью измерителя теплового потока (HFM). HFM может измерять теплопроводность и тепловое сопротивление плоских изоляционных материалов, таких как пенопласт, твердые частицы и текстиль, с помощью метода устойчивого состояния.HFM измеряет свойства теплопередачи материалов в диапазоне теплопроводности от 0,005 до 0,5 Вт / м · К. Измеритель теплового потока также может моделировать реальные температуры окружающей среды, от низких -20 ° C до горячих 70 ° C, в соответствии со стандартом ASTM C518-15 — Стандартный метод испытаний устойчивых свойств теплопередачи с помощью Аппарат для измерения теплового потока.

Рис. 2. Измеритель теплового потока Thermtest (справа) — это стационарная система теплопередачи, измеряющая теплопроводность и тепловое сопротивление плоских изоляционных материалов, таких как сосна (слева), за одно измерение.

Для начала было выполнено стандартное измерение на образце NIST SRM 1450d аналогичного размера. Затем образец сосны (18,9 мм) был помещен в HFM, и стандартное измерение было загружено в программное обеспечение. Затем параллельные пластины были установлены для автоматической регулировки по высоте образца. В методе автоматической настройки используются четыре цифровых энкодера, по одному в каждом углу верхней пластины, которые выполняют измерения толщины образца в каждом конкретном месте. Затем рассчитывается среднее значение этих значений толщины, и верхняя пластина настраивается на прижимание к образцу до средней толщины.

Две параллельные пластины, по одной с каждой стороны образца, создают устойчивый одномерный тепловой поток через сосновый диск при постоянных, но различных температурах (например, 10 ºC и 30 ºC). Температурный градиент, подобный этому, имитирует потерю тепла изнутри во внешнюю среду дома. Хотя размер камеры HFM может вместить образец размером до 12 «X 12» X 4 «, преобразователи теплового потока расположены в центре верхней и нижней пластин, что позволяет использовать образец любой формы и размера. как 6 ”X 6” X 0.4 ”. Путем соответствующей калибровки преобразователя (ов) теплового потока со стандартами, а также путем измерения температуры пластин и расстояния между пластинами закон теплопроводности Фурье используется для расчета теплопроводности (λ):

Теплопроводность сосны

Теплопроводность 0,1213 Вт / мК для сосны была результатом измерения HFM. В настоящее время древесина стала альтернативой кирпичу при строительстве домов. Это изменение в строительном материале можно объяснить тем, что теплопроводность древесины хвойных пород составляет примерно 1/7 теплопроводности кирпича.Благодаря более низкой теплопроводности материалов стен потери тепла изнутри сводятся к минимуму в холодную погоду, и в конечном итоге снижаются расходы на отопление.

При использовании HFM пользователи могут рассчитывать на точность лучше 3% и повторяемость в пределах 0,5%. Полученные результаты совпадают с предполагаемой теплопроводностью древесины хвойных пород, равной 0,12 Вт / мК, что подтверждает высокую точность этого прибора. Измеритель теплового потока Thermtest — это простой, быстрый и точный метод измерения теплопроводности материалов за одно измерение в установившемся режиме.

Влияние влажности на теплофизические свойства тропических пород древесины

Сравнительный анализ термических характеристик и механической стойкости строительных материалов и элементов с землей

Работа проводится в рамках Многолетнего исследовательского проекта PIP No.11220150 100570CO под названием «Социальные технологии в городской среде обитания с бедным населением». Эта работа финансируется Национальным советом по научным и техническим исследованиям (CONICET) и Департаментом архитектуры, дизайна и городского планирования Университета Буэнос-Айреса в сочетании с Проектом исследований и разработок оптимизированных технологий Wattle и Daub для жилищного строительства в холодных условиях. Засушливые и полузасушливые городки Аргентины, также финансируемые CONICET.

Чтобы объединить внешнюю среду с архитектурными работами, все большее число специалистов в области строительства реализуют жилищные и городские проекты, в которых учитывается экологичность.Устойчивость заключается в адаптации среды обитания человека к ограничивающему фактору: способности окружающей среды удовлетворять потребности человека, чтобы ее природные ресурсы не деградировали необратимо (Alavedra, Domínguez, Gonzalo & Serra, 1997, p. 42).

Что касается промышленной деятельности, строительство и связанные с ним отрасли являются крупнейшим потребителем природных ресурсов, таких как древесина, полезные ископаемые, вода и энергия. Точно так же после постройки здания продолжают оставаться прямой причиной загрязнения из-за выбросов, которые они производят, тем самым влияя на региональную окружающую среду, потребляя энергию и воду для регулярных операций (Alavedra et al., 1997, стр. 42).

Стадии производства строительных материалов и их побочных продуктов обычно приводят к сильному воздействию на окружающую среду. Это воздействие начинается с добычи природных ресурсов, которые будут использоваться в производственном процессе, и продолжается с учетом энергии, потребляемой на каждом этапе процесса. В результате выбросы попадают в атмосферу в виде загрязнителей, которые могут быть коррозионными и высокотоксичными. Этот процесс повторяется как при эксплуатации, так и при использовании здания, пока материалы не будут окончательно уменьшены до основных частей, которые будут переработаны или повторно использованы в новом строительстве.

Критерии устойчивого строительства определяют производство зданий с пониженным содержанием промышленных материалов, тем самым избегая, когда это возможно, использования материалов, которые заканчивают свой жизненный цикл как опасные отходы или чьи основные компоненты трудно разрушить. Основное воздействие строительных материалов на окружающую среду включает: потребление энергии, твердые отходы, вклад в парниковый эффект, повреждение озонового слоя и другие факторы загрязнения окружающей среды (Cáseres, 1996, стр.7-8,; Вассуф, 2014).

Предполагается, что почва является самым старым строительным материалом, который использовалось человечеством, и в настоящее время она представляет собой решение проблемы спроса на недорогое жилье (Vega, Andrés, Guerra, Morán, Aguado & Llamas, 2011, стр. 3021). Даже сегодня 30% населения мира живет в земных убежищах (Freire & Tinoco, 2015, стр. 18). Эта альтернатива имеет множество оправданий, в том числе: высокая доступность этого сырья в природе, его меньшее загрязнение и низкие выбросы CO2 на этапах производства и транспортировки (Piattoni, Quagliarini & Lenci, 2011, p.2067), а также без образования отходов как на стадии строительства, так и на стадии сноса; Аналогичным образом, одним из наиболее ценных его свойств является его тепловая реакция, которая необходима для комфорта и сокращения использования дополнительных систем отопления или охлаждения на протяжении всего жизненного цикла здания.

Наиболее распространенные строительные системы с землей — это саман, плетень и мазня, утрамбованная земля и CEB. В этих естественных строительных системах большая часть энергии, используемой для производства, поступает от солнца, потому что они сушатся на открытом воздухе, под солнцем, без необходимости прибегать к сушке в печи, как в обожженном кирпиче.Это снижает потребление невозобновляемой энергии и соответствующие выбросы.

Важной характеристикой надлежащего функционирования и удобства домашней обстановки является удобный дизайн для ее обитателей. В этом смысле материалы, используемые в оболочке здания, имеют фундаментальное значение, поскольку они объединяют элементы, отделяющие внутреннюю среду от внешней. Выбор этих элементов зависит от различных факторов, таких как технология, которую можно использовать, ее структурный отклик, жизненный цикл и эстетика.

Учитывая, что земляные материалы имеют неоднородное поведение, их нельзя типизировать для достижения однородного отклика, как, например, с бетоном. В случае с почвой его поведение будет зависеть от состава каждого образца почвы и каждого участка (Минке, 2005, стр. 16). Таким образом, строительные элементы из разных грунтов имеют разные термические, механические и физические характеристики.

Настоящая работа представляет собой сборник данных, полученных в результате исследовательских проектов, и руководящих принципов, касающихся переменных теплового поведения, а также механической и структурной устойчивости земляных строительных материалов.Некоторые из этих значений являются результатом экспериментальных испытаний, проведенных в аккредитованных учреждениях по всему миру. Они относятся к свойствам различных строительных технологий с грунтом, таких как глинобитный, утрамбованный грунт, плетень и мазня, а также CEB и другие. Некоторые из материалов, используемых в традиционном строительстве, были взяты за основу, например, обожженный кирпич, пустотелый керамический кирпич и бетон. На основе этого анализа возникают некоторые соображения, которые помогают определить наиболее важные характеристики земляных строительных материалов и взаимосвязь между ними.

Методология

Был использован метод сравнительного анализа как термических свойств, так и механической прочности. С этой целью была составлена ​​библиография, содержащая существующие публикации нескольких авторов, а также данные нормативных документов и экспериментальные данные, полученные авторами настоящей работы. Сначала для оценки были определены термические и механические свойства. Затем были созданы сравнительные таблицы для визуализации тепловых свойств и плотности, полученных разными авторами для каждой природной системы строительства (например,г. саман, утрамбованная земля, CEB, плетень и мазня), а также для систем, используемых в традиционном строительстве (например, полнотелый кирпич, пустотелый керамический кирпич и монолитный бетон).

Чтобы соответствовать минимальному уровню теплового комфорта в соответствии с биологической зоной окружающей среды, проанализированная толщина стенок из глиняной конструкции отражает максимальные значения теплопередачи, допустимые для стен в Аргентине в соответствии со стандартом IRAM.

Наконец, та же сравнительная процедура была проведена для механических сопротивлений как земляных, так и традиционных строительных систем.Сравниваемые значения были получены каждым автором или каждым нормативным стандартом и относятся к сопротивлению материала порезанию, изгибу и простому сжатию.

Заключение отражает анализ сравнительного термического и механического сопротивления, полученный из обзора литературы, а также собственные размышления авторов об условиях для потенциального развития земляного строительства в Аргентине.

Результаты

Термические и механические характеристики материалов

Ниже приведены определения, связывающие каждое измеренное свойство с силами или потоками энергии, которые производят значения, записанные в каждой соответствующей таблице.

Тепловые свойства

Термические свойства относятся к большей или меньшей способности передавать или накапливать тепло, тем самым определяя тепловую инерцию конструкции. Применительно к самому материалу эти емкости могут быть определены как: плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность. Применительно к элементам конструкции, таким как горизонтальные ограждения (потолки), прозрачные вертикальные ограждения (фиксированные рамы, окна и ставни) и непрозрачные вертикальные ограждения (стены и двери), эти возможности определяются как теплопроводность, теплоемкость, тепловая инерция и задерживать.Значение этих термических свойств приводится в следующих разделах.

Термические свойства применительно к материалам

• Плотность (кг / м ³ ): масса на единицу объема тела. Большая или меньшая плотность строительного материала влияет на его изоляционные свойства, что будет проанализировано позже. Следует отметить, что плотность также влияет на механические свойства.

• Теплопроводность X [Вт / мК]: количество тепла, которое передается в одном направлении, за единицу времени и площади поверхности, когда градиент температуры в этом направлении является однородным.

Термические свойства по отношению к элементам конструкции

• Коэффициент теплопередачи K [Вт / м ² K]: количество тепла, передаваемого шкафом в устойчивом состоянии, на квадратный метр поверхности (перпендикулярно тепловому потоку), за единицу времени и на единицу градиента температуры между внутренними помещениями. и внешняя среда.

• Тепловая инерция: это способность массы материалов поглощать и накапливать тепло в дневное время, которое затем выделяется для кондиционирования внутренней среды (как правило, ночью).Это помогает достичь лучшего теплового комфорта за счет уменьшения колебаний температуры в помещении по сравнению с температурой наружного воздуха. Процесс передачи энергии не является мгновенным. Существует задержка во времени передачи тепла за счет теплопроводности от одной стороны стены к другой, известная как тепловая инерция. На рисунке 1 представлены концепции теплового запаздывания, времени, прошедшего, пока тепло, поглощаемое стеной, достигает противоположной стороны, и демпфирования, разницы в энергии между открытой поверхностью стены и внутренней частью (Gutierrez & Gallegos, 2015, стр.61).

Механические свойства

Механические свойства относятся к наиболее важным параметрам строительных материалов или технологий. Эти свойства: простая прочность на сжатие, прочность на разрыв и сопротивление сдвигу. Под простой прочностью на сжатие понимается способность материалов противостоять раздавливающим нагрузкам перед разрушением. В случае прочности на растяжение это способность материалов выдерживать нагрузки, которые имеют тенденцию тянуть его до разрушения.Прочность на сдвиг относится к способности выдерживать сдвигающие нагрузки. Эти сопротивления имеют одно и то же выражение; в каждом случае изменяется сила, приложенная к элементу (Cieck, 2005, стр. 136).

После того, как были определены понятия термических и механических свойств, был проведен сравнительный анализ каждого из них в отношении материалов, используемых как в земляном, так и в традиционном строительстве, в соответствии с результатами, опубликованными разными авторами.

Плотность и тепловые свойства некоторых материалов и элементов конструкций, используемых в промышленном и земляном строительстве

В таблице 1 показаны плотность, теплопроводность и коэффициент теплопередачи различных почвенных смесей и некоторых земляных строительных элементов, таких как саман, смесь соломы и грязи, твердый ил, CEB, плетень и мазня.В таблице 2 приведены соответствующие значения плотности, теплопроводности, толщины и теплопередачи для стен из обожженного кирпича, пустотелого керамического кирпича и монолитного бетона.

Таблица 1

Тепловые свойства некоторых земляных материалов и строительных элементов различной толщины по мнению разных авторов.

Таблица 2

Тепловые свойства некоторых традиционных материалов и строительных элементов различной толщины, по мнению разных авторов.

Стены, построенные из грунта, имеют значения плотности, которые варьируются от 750 кг / м ^3, для смеси солома с грязью и 2000 кг / м ³ для твердого раствора. Для сравнения, плотность промышленных материалов может варьироваться от 1300 кг / м ³ для обычного полнотелого кирпича до 2400 кг / м ³ для монолитного бетона.

Получены от нескольких авторов, также представлены значения коэффициента теплопередачи и теплопроводности, соответствующие значениям плотности этих материалов.Есть некоторые отличия теплопроводности земляных конструкций от обычных. В первом случае он основан на значениях 0,30 Вт / мК для смеси из соломы и бурового раствора, 0,95 Вт / мК для самана и 1,60 Вт / мК для твердого бурового раствора с переменной толщиной от 0,074 м для плетня и мазка до 0,35 м. для самана.

Во втором случае значения варьируются от 0,29 Вт / мК для пустотелого кирпича до 2,32 Вт / мК для полнотелого кирпича толщиной 0,18 м ^.

На рис. 2 в логарифмическом масштабе показаны значения теплопроводности материалов, обычно используемых в традиционном строительстве.Пенополистирол показывает самую низкую теплопроводность, а медь — самую высокую теплопроводность. На рисунке 2 также показан диапазон электропроводности для систем земляных зданий, который варьируется от 0,46 Вт / мК до 1,00 Вт / мК, что свидетельствует о небольшом изменении теплопроводности для земляных конструкций по сравнению с материалами, обычно используемыми в традиционном строительстве.

Анализ взаимосвязи между плотностью материала и теплопроводностью (рис. 3) показывает, что материалы с низкой плотностью имеют низкие значения теплопроводности.Это потому, что они имеют меньшее уплотнение и больше пустот, что приводит к более легкому и более изолирующему материалу по сравнению с более плотным и компактным материалом. Эту динамику можно увидеть в случае легкого и ячеистого бетона, где чем выше плотность, тем выше проводимость. В случае глинобитного и уплотненного грунта плотность относительно постоянна, поэтому электропроводность незначительна; однако в случае легкой почвы, плетня и мазки плотность низкая из-за наличия большего количества воздуха и ручной строительной техники, используемой для поднятия стен (Таблица 1).

Другой аспект, проанализированный несколькими авторами, — это тепловая задержка различных строительных систем. В таблице 3 показано сравнительное тепловое отставание глинобитной стены от стены из уплотненного грунта, расположенной в биоэкологической зоне IIIb, с минимальной толщиной — согласно стандарту IRAM 11.605 (IRAM 11605, 1996, стр. 16) — 25 см и 35 см. , соответственно. Они обеспечивают тепловую задержку 8.4 часа и 11,4 часа, оба с одинаковым коэффициентом теплопередачи. Ни в том, ни в другом случае нет риска образования поверхностной или межклеточной конденсации.

Таблица 3

Тепловое отставание глинобитной стены от уплотненной земляной стены

Точно так же тепловой отклик сырца сравнивается с традиционными материалами, такими как бетон, кирпич и камень (рис. 4). Видно, что во всех материалах существует линейная взаимосвязь между толщиной стены и тепловой задержкой, где саман является промежуточной точкой между бетоном и кирпичом.Если необходимо провести более тщательное исследование, оно должно проводиться при толщине обычной кирпичной стены 0,20 м, которая выдерживает тепловую задержку в 6 часов. Для бетонных стен такой же толщины задержка составляет 5 часов, но в случае сырца стены обычно строятся толщиной 0,30 м, что приводит к задержке в 9 часов; то есть, если максимальный пик наружной температуры приходится на полдень, вся поглощенная энергия будет доставлена ​​во внутреннюю среду к 9 часам вечера, когда это наиболее необходимо для достижения комфорта.Без учета потерь с внешней поверхности элемента в наружный воздух поглощение солнечного излучения внешней поверхностью считается равномерным, что указывает на постоянное значение для всех случаев.

Анализ максимально допустимых значений теплопередачи стен в Аргентине

Чтобы оптимизировать вертикальные ограждения дома, IRAM 11.603 (2012) и IRAM 11.605 (1996) были использованы для определения максимально допустимого значения K _{max A} D _M коэффициента теплопередачи K в стенах для каждой биоэкологической зоны в Аргентине (Рисунок 5).

После этого с учетом коэффициента теплопередачи, указанного в таблицах 1 и 2, ограждение проверяется по различным биоклиматическим зонам в соответствии с прогнозируемой внешней температурой (зимой) в столицах каждой провинции. IRAM 11.605 указывает 3 уровня гигротермического комфорта: Уровень A: рекомендуется; Уровень B: средний; и уровень C: минимум.Частично они определяются отсутствием поверхностной конденсации, когда температура воздуха в помещении поддерживается на определенных значениях в соответствии со стандартом IRAM 11.625. Настоящее исследование проводилось в соответствии с рекомендациями для Уровня C: температура 18 ² C и разница до 4 ° C между внутренней температурой модели и температурой внутренней поверхности корпуса.

В таблице 4 показаны значения ADM K _M AX для городов в каждой провинции Аргентины в зависимости от внешней температуры модели (TED) в соответствии со значениями стандарта IRAM 11.603.

Таблица 4

Максимально допустимые значения коэффициента теплопередачи kmax adm для каждой провинции Аргентины

В таблице 5 показаны максимальные значения K в зависимости от зоны биоокружающей среды, определенной в IRAM 11.603, и уровня теплового комфорта. Здания в биоэкологической зоне V и VI не требуют охлаждения.

Таблица 5

Максимальные значения коэффициента теплопередачи в зависимости от зоны биоэкологии и уровня гигротермического комфорта.

На основании уровня комфорта C и максимально допустимых значений коэффициента теплопередачи K для зимнего сезона в таблице 6 показано, какие материалы термически подходят для использования в строительстве ограждений в различных биоклиматических зонах Аргентины, как установлено IRAM 11.603.

Таблица 6

Сертификация биоэкологической зоны на коэффициент теплопередачи различных материалов

Таблица 6, (продолжение)

Сертификация биоэкологической зоны на коэффициент теплопередачи различных материалов

Для этого анализа были рассмотрены наиболее распространенные примеры традиционного строительства: кирпичная стена толщиной 0,20 м, с использованием кирпичей шириной 0,18 м и 0,01 м штукатурки с обеих сторон, и бетонные блоки без штукатурки. В обоих случаях значения поверхностного сопротивления составили 0,13 м ² К / Вт для внутренней части и 0.04 м ² К / Вт для экстерьера.

Вышеописанная оштукатуренная кирпичная стена имеет значение K 2,58 Вт / м. ² K, что не соответствует требованиям для какой-либо биоэкологической зоны. Если его мощность увеличить до 0,30 м, значение K снизится до 2,03 Вт / м ² K, что подходит только для летних условий в биоэкологических зонах Illa, IVa и IVb, которые отмечены как очень теплые и теплые области (см. 4). В случае стены из бетонных блоков, заполненных стекловолокном, она имеет толщину 0.19 м, что сертифицировано для всех биоэкологических зон. Это оптимальный вариант для зимы.

Оценка толщины наружной стены по применяемой технологии земляного строительства

На основании анализа, проведенного разными авторами и стандартами, было выбрано пять методов строительства земляных работ: саман, CEB, утрамбованная земля, плетень, мазня и соломенная обшивка. Была произведена оценка минимальной ширины несущей или отдельно стоящей внешней стены, которая соответствовала бы сертифицированным значениям K для уровня комфорта C (см. Таблицу 7) для дома, расположенного в Большом Буэнос-Айресе, биоэкологическая зона lllb ( умеренно-теплая зона с небольшими тепловыми амплитудами в течение всего года).В случае самана и CEB толщина наружных стен варьируется от 0,35 м до 0,43 м. Для утрамбованной земли необходимо работать с толщиной стен 0,40 м. Что касается плетеной, мазной и соломенной обшивки, обе из которых являются более изоляционными за счет тростника в плетенке и мазке, а также воздуха между соломой в соломенной обшивке, обе позволяют уменьшить толщину. Для плетня и мазни наружные стены должны быть толщиной 0,28 м. В случае соломенной доски необходимая толщина стены составляет 0,25 м. Кроме того, в крайнем случае города Рио-Гальегос было показано, что толщина стены из плетня и мазка должна быть равна 0.27 м, чтобы оставаться в пределах уровня C от стандарта, однако уровень комфорта B может быть достигнут при общей толщине всего 0,13 м за счет включения 2 см пенополистирола (Cuitiño, Esteves & Rotondaro, 2014). Наблюдая за этими значениями, можно сделать вывод, что для Большого Буэнос-Айреса ограждения, использующие один из этих пяти методов, будут приемлемой термической альтернативой ограждению из керамического кирпича толщиной 0,35 м.

Таблица 7

Оценка минимально необходимой толщины внешней стены, которая должна быть сертифицирована для гигротермического комфорта уровня c в биоклиматической зоне lllb (центральная часть провинции Буэнос-Айрес).

Механическая прочность материалов и элементов стен корпуса

Существует периодическая дискриминация земляных сооружений из-за недостатка знаний о механических характеристиках материалов, компонентов и строительных систем. Многие авторы проводили испытания глинобитных конструкций, конструкций из цементно-песчаного бруса и утрамбованного грунта, чтобы определить устойчивость к простым напряжениям сжатия, резания и изгиба. Такое поведение имеет первостепенное значение при проектировании и строительстве.По достижении стадии, когда необходимо оценить сопротивление конструктивных элементов, становятся актуальными техника строительной системы, материалы и пропорции.

Перуанский стандарт Adobe E.080 (Министерство транспорта, коммуникаций, жилищного строительства и строительства, 2000 г.) определяет саман как «твердый блок сырой земли, который может содержать солому или другой материал для повышения его устойчивости к внешним воздействиям и уменьшения трещин, вызванных усадкой. после высыхания «. В случае CEB процесс более контролируемый, поскольку для создания давления уплотнения используется пресс, в отличие от кирпичной кладки, которая не производится с уплотнением раствора.Это сжатие подразумевает увеличение плотности блока, что придает ему превосходные механические качества.

Утрамбованная земля отличается от предыдущих компонентов, потому что она производится с использованием подвижной опалубки, в которой стабилизированная земля сжимается слоями с помощью трамбовки, и таким образом стена строится по частям. В таблицах 8, 9, 10 и 11 представлены значения прочности на сжатие, изгиб и растяжение, полученные разными авторами на основе стандартизованных испытаний в разных странах и их собственных данных.

Таблица 8

Значения механического сопротивления для самана.

Таблица 9

Значения механического сопротивления для CEB

Таблица 10

Значения механического сопротивления при сжатии утрамбованной земли

Таблица 11

Значения сопротивления сдвигу и простому сжатию для земляных и промышленных строительных материалов и компонентов (regalement cirsoc 501)

В случае самана прочность на сжатие колеблется от 3 кгс / см ² до 21 кгс / см ² ; его прочность на разрыв и сдвиг очень низкая: 3,16 кгс / см ² . CEB показывает улучшенный отклик со значениями в диапазоне от 17 кг / см ² до 121,8 кг / см ² . Колебания отражают содержание цемента в смеси: по мере увеличения процентного содержания заполнителя цемента сопротивление сжатию и изгибу увеличивается. Наконец, утрамбованная земля имеет переменное сопротивление в зависимости от смеси песка и глины и толщины стены.

Таким образом, полученные значения варьируются от 46 кгс / см ² до 196 кгс / см ² . В случае других материалов и компонентов, таких как кирпич обыкновенный, в таблице 12 приведены значения сжатия от 17,5 кгс / см ² до 78 кгс / см ² . Для пустотелого бетонного блока эти значения находятся в диапазоне от 45,5 кгс / см ² до 130 кгс / см ² . По этим данным видно, что саман имеет очень низкие значения механического сопротивления, поэтому необходимо укрепить конструкцию, чтобы улучшить ее структурные характеристики.CEB и утрамбованная земля имеют лучший отклик, чем саман, с точки зрения стандартизованных значений механической прочности, и их можно сопоставить с откликами обычного обожженного кирпича и бетонных блоков. Однако, несмотря на его лучший отклик, следует иметь в виду, что в случае промышленных систем его толщина составляет около 0,18 м, а в случае систем земляного строительства — около 0,30 м и 0,90 м.

Таблица 12

Диапазон значений плотности, проводимости и коэффициента теплопередачи для земляных и промышленных строительных компонентов и материалов

Обсуждение

Это исследование представляет собой сравнительный анализ термического и механического поведения различных строительных материалов и элементов, изготовленных из стабилизированных природных грунтов, по отношению к свойствам некоторых традиционных промышленных материалов. Он показывает сложность гомогенизации значений для глинобитных материалов, легких грунтов и утрамбованных грунтов. Такое поведение является результатом переменной плотности и диапазона материалов и растворов, обычно используемых при их производстве.

Также было показано, что теплопроводность экспоненциально изменяется в зависимости от плотности, которая изменяется в зависимости от наличия растительного волокна и степени уплотнения. То есть, чем больше уплотнение, тем ниже пористость или процент воздушных карманов; таким образом, уменьшается и утеплитель, и увеличивается теплопроводность: чем выше плотность элемента конструкции, тем больше значение проводимости. Такое поведение, вероятно, является источником различий, иногда заметных, между значениями теплопроводности или значениями теплопроводности в результатах, полученных в результате стандартизованных испытаний, проведенных разными авторами.Используя данные из таблиц 1 и 2, таблица 13 суммирует тепловое поведение, предоставляя диапазон значений плотности, проводимости и теплопередачи, независимо от авторов, проводивших оригинальные исследования.

Можно видеть, что значения плотности для материалов, используемых в технологиях земляного строительства, которые содержат растворы с низкой плотностью волокна или уплотненные стабилизированные грунты, имеют значения между 1200 кг / м ³ и 2200 кг / м ³ . Невозможно работать с более низкой плотностью, потому что это подразумевает наличие большего количества воздуха, включенного в миномет.

В случае наиболее распространенных промышленных материалов в традиционном аргентинском строительстве видно, что они обладают более высокой плотностью: от 1305 кг / м ³ до 2400 кг / м ³ .

В отношении стандарта IRAM 11.605 можно сделать вывод, что 1,85 Вт / м ² K необходимы для достижения уровня экологического комфорта C в зоне lllb, провинция Буэнос-Айрес. Таким образом, для достижения такого уровня изоляции с помощью традиционной технологии стены из обычного полнотелого кирпича требуют толщины 0.35 м, а в случае пустотелых керамических блоков и несущих керамических блоков необходима стена толщиной 0,20 м. Для сравнения, необходимая толщина наружных стен из самана и БСЭ составляет от 0,35 до 0,43 м; для утрамбованной земли нужна стена 0,40 м; в случае плетения и мазни нужна толщина 0,28 м; а для соломенной обшивки нужна толщина 0,25 м.

Другим анализируемым поведением было механическое сопротивление, в первую очередь простому сжатию, поскольку оно является одним из наиболее важных механических свойств земляных материалов и строительных компонентов.В случае простой прочности на сжатие диапазон или отклонение составляет от 3 кгс / см ² до 21 кгс / см ² для самана, за исключением единственного значения 30,4 кгс / см ² в таблице 9, которое показывает очень низкое сопротивление растяжению и сдвигу. Простая прочность на сжатие улучшается в случае CEB со значениями от 17 кг / см ² до 121,8 кг / см ² , что сравнимо с показателями обычного обожженного кирпича, которые могут колебаться от 17,5 кг / см ² до 70 кг / см ² , а для пустотелых бетонных блоков — от 45.5 кгс / см ² и 130 кгс / см ² .

Выводы

В качестве заключительного размышления и с учетом результатов этого исследования, даже с учетом отличительных особенностей и ограниченной поведенческой стандартизации для различных материалов, строительных растворов и строительных элементов, прогнозируемое развитие земляного строительства и архитектуры в Аргентине очень актуально в этой области. жилья. Этот прогноз основан на том факте, что в последние десятилетия наблюдается рост использования этой технологии для строительства домов и общественных зданий по всей Аргентине, от регионов с самой высокой сейсмической уязвимостью до регионов с самой низкой.В ближайшем будущем эти изменения могут способствовать улучшению предложений по строительству мест обитания с четкой ориентацией на устойчивую архитектуру, а также сокращению жилищного дефицита.

Не исключено, что на это увеличение строительства с использованием земляных технологий повлияли присущие им характеристики и свойства их механического и теплового поведения, такие как изоляционная способность, простота конструкции, использование природных местных материалов и низкие относительные экономические затраты. .

Аналогичным образом, структурный аспект некоторых методов земляного строительства может быть полезен, если они сочетаются с качественным проектированием и исполнением в отношении ширины стены, усиления и пропорциональности. Это актуально для сейсмических зон, так как данная технология дает возможность изготавливать земляные конструкции с легкими, гибкими и прочными конструкциями.

Растущее признание и интерес к земляному строительству является стимулом для продолжения исследования преимуществ ее тепловых свойств и характеристик, а также механической стойкости, которые характеризуют различные методы строительства, в которых используются модифицированные естественные грунты, и здания с повышенным экологическим комфортом и структурной стабильностью.

Ссылка

Alavedra, R, Domínguez, J., Gonzalo, E., & Serra, J. (1997). La construcción sostenible: el estado de la cuestión. Informes de la Construcción, 451 (49), 41-47. http://dx.doi.Org/10.3989/ic.1997.V49.¡451.936.

Арансибия, Р. (2013). Medida de la conductividad térmica con el método de la aguja térmica, basado en la fuente lineal de calor transitorio, para su aplicación en los cerramientos de adobes y bloques de tierra comprimida (докторская диссертация Тесиса). Мадрид: Мадридский политехнический университет. Recuperado de :: http: // oa.upm.es/21903/.

Ариас, Э., Латина, С. М., Альдерете, К., Меллаче, Р. Ф, Соса, М., и Феррейра, И. (2007). Comportamiento Térmico de Muros de Tierra en Tucumán, (стр. 1-8). Буэнос-Айрес, Аргентина: ANPCYT, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica. Recuperado de :: https://fci.uib.es/digitalAssets/177/177906_4.pdf.

Arias, L., Alderete, C., Mellace, R., Latina, S., Sosa, M., & Ferreyra, I. (2006). Diseño y Análisis Estructural de Componentes Constructivos de Tierra Cruda.Memorias V ^o Seminario Iberoamericano de Construcción con Tierra (V ^o SIACOT). Мендоса: CRICYT CONICET. Recuperado de :: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4529876.

Бедоя-Монтойя, К. (2018). Construcción de vivienda sostenible con bloques de Suelo Cemento: del Остаточный материал. Revista de Arquitectura (Богота), 20 (1), 62-70. http://dx.doi.Org/1 0.1 471 8 / RevArq.2018.20.1.1193.

Бестратен, С., Хормиас, Э., и Альтемир, А.(2011). Construcción con tierra en el siglo XXI. Informes de la Construcción, 63 (523), 5-20. DOI: http://dx.doi.org/10.3989/ic.10.046.

Бласко, И., Альбаррасин, О., Годальго, Э., Дубос, А., Перейра, А., Флорес, М., и Мерино, Н. (2002). Construcción de salón comunitario en suelo-Cemento, ler Seminario — Exposición -Consorcio Terra cono-sur. La tierra cruda en la construcción del hábitat, (стр. 10).

Касерес Теран, Дж. (1996, октябрь). Desenvolupament Sostenible. Ревиста Трете (66), 7-8.

Куитиньо Г., Эстевес А. и Ротондаро Р. (2014). Análisis del comportamiento térmico de muros de quincha. Castellanos Ochoa, M. N. (Comp.) Arquitectura de Tierra: Patrimonio y sustentabilidad en regiones sísmicas. 14 ° SIACOT — Иберо-американо-де-аркитектура и строительство на Тьерре (стр. 184–192). Тукуман.

Куитиньо, О., Эстевес, А., Мальдонадо, О., и Ротондаро, Р. (2015). Análisis де ла трансмиссия térmica y resistencia al impacto de los muros de quincha.Informes de la Construcción, 67 (537), e063. 1-11 DOI: http://dx.doi.org/10.3989/ic.12.082.

Куитиньо, О., Мальдонадо, О., и Эстевес, А. (2014). Анализ механического поведения сборных стен из плетеной плитки и шпаклевки. Международный журнал архитектуры, инженерии и Con 10,5 Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, 13, 203-210. Recuperado de :: https://www.mendoza-conicet.gob.ar/asades/modulos/averma/trabajos/2009/2009-t005-a026.pdf.

Etchebarne, R., Piñero, O, & Silva, J.(2006). Proyecto Terra Uruguay. Создание прототипов жизни и использование технологий на уровне: Adobe, Fajina и BTC. Construcción con Tierra, 2, 5-20. Recuperado de: https://core.ac.Uk/download/pdf/151807285.pdf#page=5

Эванс, Дж., Шиллер, С., & Гарсон, Л. (2012). Desempeño térmico de viviendas construidas con quincha. Construcción con tierra, 5, 93-102. Recuperado de :: https://core.ac.Uk/download/pdf/151807279.pdf#page=125.

Эванс, Дж. (2004).Construcción en tierra: Aporte a la ownabilidad. 1er Seminario deConstrucción con Tierra, 12-17.

Эванс, Дж. (2007). Actualización de la construcción con tierra. Construcción con tierra 3, 7-15.

Фернандес, Э., и Эстевес, А. (2004). Conservación de energía en sistemas autoconstruidos. Эль-Касо-де-ла-Кинча Мехорада. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, 8 (1) 121-125. Recuperado de: http://sedici.unlp.edu.ar/handle/10915/81714.

Фрейре, Д., и Тиноко, Дж.(2015). Estudio de una propuesta de mejoramiento del sistema constructivo adobe (Tesis de grado). Эквадор: Университет Куэнка. Recuperado de :: http://dspace.ucuenca.edu.ec/handle/123456789/22773.

Fuentes Freixanet, В. А. (2009). Modelo de análisis climático y Definición de estrategias de Disño bioclimático для различных регионов Мексиканской Республики. Tesis de Doctor en Diseño. Azcapotzalco: Universidad Autónoma Metropolitana — Unidad Azcapotzalco División de Ciencias y Artes para el Diseño.Recuperado de :: https://core.ac.uk/download/pdf/128736412.pdf.

Гатани М. (2002). Producción de Ladrillos de Suelo Cemento. ¿Una alternativa eficiente, económica y Sustentable? Actas I Seminario Exposición La tierra cruda en la construcción del hábitat (стр. 203–212). Сан-Мигель-де-Тукуман: Facultad de Arquitectura y Urbanismo. Национальный университет Тукумана.

Гик, К. (2005). Manual de fórmulas técnicas. Мексика: Альфаомега.

Гутьеррес, Р., и Гальегос, Д.(2015). Construcción Sustentable, Análisis de retraso térmico a bloques de tierra comprimida. Contexto, 9 (11). 59-71.Recuperado de: http://contexto.uanl.mx/index.php/contexto/article/view/49.

Hays, A., & Matuk, S. (2003). Рекомендации по разработке технических нормативов по техническому образованию с использованием смесей конструкции на земле. En Técnicas mixtas de construcción Proyecto XIV .6 Proterra Habyted Subprograma XIV-Viviendas de Interés Social. (стр. 121-352). Сальвадор: Ибероамериканская программа Ciencia y Tecnología para el Desarrollo (CYTED).

Хиткот, К. (2011). Тепловые характеристики земляных построек. Informes de la Construcción, 63 (523), 117-126. DOI: http://dx.doi.org/10.3989/ic.10.024.

Houbén, H., & Cuillaud, H. (1984). Земляное строительство. Брюссель: CRATerre / PCC / CRA / UNCHS / ACCD.

INPRES CIRSOC 103, часть III. Норма (2016). Reglamento argentino para construcciones sismorresistentes. 75. Буэнос-Айрес, Аргентина: Национальный институт промышленных технологий.

ИНПРЕС ЦИРСОК 501.Норма (2007). Reglamento argentino de estructuras de mampostería. 64. Буэнос-Айрес, Аргентина: Национальный институт промышленных технологий.

IRAM 11.601. Норма (2002). Aislamiento térmico de edificios. Métodos de cálculo. 52. Буэнос-Айрес, Аргентина.

IRAM 11.603. Норма (2012). Condicionamiento térmico de edificios Clasificación bioambiental de la República Argentina. 43. Буэнос-Айрес, Аргентина.

IRAM 11.625. Норма (2000). Aislamiento térmico de edificios — Verificación de sus condiciones highrotérmicas.41. Буэнос-Айрес, Аргентина.

IRAM 11605. Norma (1996). Acondicionamiento térmico de edificios. Condiciones de Hubabilidad en edificios. Valores máximos de Transmitancia térmica en cerramientos opacos. 27. Буэнос-Айрес, Аргентина.

Лучано, Ф., Брейд, М., Карай, Э., Мерканти, Н., и Тирнер, Дж. (2006). Proyecto, конструкция и конструкция компонентов вивьендас кон суело-цемент монолитико-ан-ла-провинция-де-корриентес. V Seminario Iberoamericano de Construcción con Tierra — I Seminario Argentino de Arquitectura yConstrucción con Tierra.Мендоса, Аргентина: AHTER-CRIATiC. Recuperado de :: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4531585.

Мас, Дж. М., и Киршбаум, К. Ф. (2012). Estudios de resistencia a la compresión en bloques de suelo-цемент. Avances en Energías Renovables y Medio Ambiente, 16, 77-84. Recuperado de :: https://www.mendoza-conicet.gob.ar/asades/modulos/averma/trabajos/2012/2012-t005-a010.pdf.

Маццео, Дж., Ласус, О., Калоне, М., Сангинетти, Дж., Феррейро, А., Маркес, Дж., И Мато, Л.(2007). Proyecto hornero: prototipo global de Experimentación construcción con materiales naturales. Монтевидео, Уругвай: Университет Республики. Recuperado de :: https://hdl.handle.net/20.500.12008/9469.

МакГенри-младший, П. (1996). Adobe. Cómo construir fácilmente. Мексика: Триллы.

Ministerio de Transportes, Comunicaciones, Vivienda y Construcción. (2000). Norma Técnica de edificaciónE.080. 16. Лима, Перу. Recuperado de: https://www.sencico.gob.pe/descargar. php? idFile = 3478.

Минке, К. (2005). Manual de construcción con tierra. La tierra como material de construcción y su aplicación en la arquitectura actual (2-е изд.) Кассель, Алемания: Fin de Siglo.

Моэвус М., Энгер Р. и Фонтейн Л. (2012). Гигротермомеханические свойства земляных материалов для строительства: обзор литературы. Терра, 12, 1-10. Recuperado de :: https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01005948.

Муньос, Н., Томас, Л., и Марино, Б. (2015). Comportamiento térmico dinámico de muros típicos empleando el método de la admitancia.Energías Renovables Y Medio Ambiente (ERMA), 36. 31–39. Recuperado de: http://www.ekeko.org/ojs8/index.php/ERMA/article/view/125.

Невес, К. (2006). O uso do solo-cimento em edificações. Опыт, который нужно сделать CEPED. V Ибероамериканский семинар по строительству на Тьерре — I Аргентинский семинар по архитектуре и строительству на Тьерре, (стр. 1-11). Мендоса, Аргентина: AHTER-CRIATiC. Recuperado de: https://dialnet.unirioja.es/servlet/articulo?codigo=4529722.

Пиаттони, К., Квальярини, Э., & Ленси, С. (2011). Экспериментальный анализ и моделирование механического поведения глиняных кирпичей. Строительство и строительные материалы, 2067-2075. http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2010.11.039.

Понс, К. (2018). Características generales del adobe como material de construcción. Recuperado de :: http://ecosur.org/index.php/es/ecomateriales/ adobe / 712-caracteristicas-generales-del-adobe-como-material-de-construccion.

Ривера Торрес, Дж. (2012). El adobe y otros materiales de sistemas constructivos en tierra cruda: caracterización con fines estructurales.Апунтес. Revista de Estudios sobre patrimonio culture, 25 (2). 164-181. Recuperado de :: https://revistas.javeriana.edu.co/index.php/revApuntesArq/article/view/8763.

Ротондаро, Р. (2011). Adobe: Técnicas de construcción con tierra. Бразилия: PROTERRA

Ру К., Р., Эспуна М., Дж., И Карсия И., В. (2008). Influencia del Cemento Portland en las características de resistencia de compresión simple y permeabilidad en los BTC. Seminário Ibero-Americano de Construção com Terra -II Congresso de Arquitetura e Construção com Terra no Brasil (стр.210-219). Бразилия: UTN Rafaela.

Санчес М., Бельярдо Х., Казенаве С. и Шак Дж. (2008). Elaboración de bloques de suelo-cemento con barros de excación para pilotes. Иберо-американо-де-конструкторское сообщество Терра-II Конгресс Аркитетура и Конструкторское товарищество Терра-но-Бразилия (стр. 190–197). Бразилия: UTN Rafaela.

Вальдес, К., и Рапиман, Дж. (2007). Propiedades físicas y mecánicas de bloques de Germigón compuestos con áridos reciclados. Información Tecnológica, 18 (3), 81-88.Recuperado de: https://scielo.conicyt.cl/pdf/infotec/v18n3/art10.pdf.

Вега, П., Андрес, Дж., Куэрра, М., Моран, Дж., Агуадо, П., и Лламас, Б. (2011). Механическая характеристика традиционных адобэ с севера Испании. Строительство и строительные материалы, 25 (7), 3020-3023. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2011.02.003.

Вассуф, М. (2014). Passivhaus — de la casa pasiva al estándar. Барселона: Густаво Чили.

Ямин Лакутюр, Л., Филлипс Бернал, К., Рейес Ортис, Дж., И Руис Валенсия, Д. (2007). Estudios de weakrabilidad sísmica, rehabilitationación y refuerzo de casas en adobe y tapia pisada. Апунтес. Revista de Estudios sobre patrimonio culture, 20 (2). 286-377. Recuperado de https://revistas.javeriana.edu.co/index.php/revApuntesArq/article/view/8984.

Юсте, Б. (2014). Arquitectura en tierra. Caracterización de los tipos edificatorios (Tesis de Máster de Arquitectura, Energía y Medio Ambiente). Каталония: Политехнический университет Каталонии.Recuperado de :: https://wwwaie.webs.upc.edu/maema/wp-content/uploads/2016/07/26-Beatriz-Yuste-Miguel-Arquitectura-de-tierra_COMPLETO.pdf

Банкноты

проводимости | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Рассчитайте теплопроводность.
• Наблюдать за теплопроводностью при столкновении.
• Изучение теплопроводности обычных веществ.

Рис. 1. Изоляция используется для ограничения теплопроводности изнутри наружу (зимой) и снаружи внутрь (летом). (кредит: Джайлз Дуглас)

Вам холодно в ногах, когда вы идете босиком по ковру в гостиной в холодном доме, а затем ступаете на плиточный пол кухни. Этот результат интригует, так как ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру.Различные ощущения, которые вы испытываете, объясняются разной скоростью теплопередачи: потери тепла в течение одного и того же промежутка времени больше для кожи, контактирующей с плиткой, чем с ковром, поэтому перепад температуры больше на плитке.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом, хорошие проводники электричества (металлы, такие как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) являются плохими проводниками тепла.На рисунке 2 показаны молекулы в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия молекулы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две молекулы сталкиваются, происходит передача энергии от горячей молекулы к холодной. Кумулятивный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному телу. Таким образом, тепловой поток зависит от разности температур Δ = Τ _{горячий} — T _{холодный} .Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие. Благодаря тому, что количество столкновений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения. Если прикоснуться ладонью к холодной стене, рука остынет быстрее, чем при прикосновении к ней кончиком пальца.

Рис. 2. Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии.Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этом рисунке молекула в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую энергию перед столкновением, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, молекула в области более высоких температур (слева) имеет высокую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Третий фактор в механизме теплопроводности — это толщина материала, через который передается тепло.На рисунке ниже показана плита из материала с разными температурами с обеих сторон. Предположим, что T ₂ больше, чем T ₁ , так что тепло передается слева направо. Передача тепла с левой стороны на правую осуществляется серией столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Эта модель объясняет, почему толстая одежда зимой теплее, чем тонкая, и почему арктические млекопитающие защищаются толстым салом.

Рис. 3. Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой, будь то оконное стекло или моржовый жир. Температура материала составляет T ₂ слева и T ₁ справа, где T ₂ больше, чем T ₁ . Скорость теплопередачи за счет теплопроводности прямо пропорциональна площади поверхности A, разности температур T ₂ — T ₁ и проводимости вещества k .Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине d .

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, выведенное из экспериментов и подтвержденное экспериментами. Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую ​​как показанная на рисунке 3, равна

[латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {kA \ left (T_2-T_1 \ right)} {d} \\ [/ latex],

, где [latex] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex] — скорость теплопередачи в ваттах или килокалориях в секунду, k — теплопроводность материала, A и d — это его площадь поверхности и толщина, как показано на Рисунке 3, а ( T ₂ — T ₁ ) — разность температур на плите.В таблице 1 приведены типичные значения теплопроводности.

Пример 1. Расчет теплопроводности: скорость теплопроводности через ледяной ящик

Ледяной ящик из пенополистирола имеет общую площадь 0,950 м ² и стенки со средней толщиной 2,50 см. В коробке есть лед, вода и напитки в банках с температурой 0 ° C. Внутренняя часть ящика охлаждается за счет таяния льда. Сколько льда тает за сутки, если хранить ледяной ящик в багажнике автомобиля при температуре 35,0ºC?

Стратегия

Этот вопрос включает как тепло для фазового перехода (таяние льда), так и передачу тепла за счет теплопроводности.{\ circ} \ text {C}; \\ t & = & 1 \ text {day} = 24 \ text {hours} = 86 400 \ text {s}. \ end {array} \\ [/ latex]

Определите неизвестные. Нам нужно найти массу льда м . Нам также нужно будет вычислить чистое тепло, передаваемое для таяния льда, Q . Определите, какие уравнения использовать. Скорость теплопередачи за счет теплопроводности определяется по формуле

[латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {kA \ left (T_2-T_1 \ right)} {d} \\ [/ latex]

Тепло используется для плавления льда: Q мл _f .{\ circ} \ text {C} \ right)} {0,0250 \ text {m}} = 13,3 \ text {J / s} \\ [/ latex]

Умножьте скорость теплопередачи на время (1 день = 86 400 с): Q = [латекс] \ left (\ frac {Q} {t} \ right) t \\ [/ latex] = ( 13,3 Дж / с) (86400 с) = 1,15 × 10 ⁶ Дж

Установите равным теплу, передаваемому для растапливания льда: Q = мл _f . Решить относительно массы м :

[латекс] \ displaystyle {m} = \ frac {Q} {L _ {\ text {f}}} = \ frac {1.3 \ text {Дж / кг}} = 3,44 \ text {кг} \\ [/ latex]

Обсуждение

Результат 3,44 кг, или около 7,6 фунта, кажется примерно правильным, если судить по опыту. Вы можете рассчитывать использовать мешок льда весом около 4 кг (7–10 фунтов) в день. Если вы добавляете горячую пищу или напитки, потребуется немного льда.

Проверка проводимости в таблице 1 показывает, что пенополистирол — очень плохой проводник и, следовательно, хороший изолятор. Среди других хороших изоляторов — стекловолокно, шерсть и перья из гусиного пуха. Как и пенополистирол, все они включают в себя множество маленьких карманов с воздухом, благодаря низкой теплопроводности воздуха.

Рис. 4. Стекловолокно используется для изоляции стен и потолков, чтобы предотвратить теплопередачу между внутренней частью здания и внешней средой.

Комбинацией материала и толщины часто манипулируют для создания хороших изоляторов — чем меньше проводимость k и чем больше толщина d , тем лучше.Соотношение [латекс] \ frac {d} {k} \\ [/ latex], таким образом, будет большим для хорошего изолятора. Отношение [латекс] \ frac {d} {k} \\ [/ latex] называется коэффициентом R . Скорость кондуктивной теплопередачи обратно пропорциональна R . Чем больше значение R , тем лучше изоляция. R Коэффициенты чаще всего указываются для бытовой изоляции, холодильников и т. тепловая единица [BTU] — это количество энергии, необходимое для изменения температуры на 1.0 фунтов воды при температуре 1,0 ° F). Пара типичных значений: коэффициент R, , равный 11, для изоляционных войлоков из стекловолокна толщиной 3,5 дюйма и коэффициент R , равный 19, для войлока из стекловолокна, толщиной 6,5 дюймов. Стены обычно утепляются 3,5-дюймовыми ватными покрытиями, а потолки — 6,5-дюймовыми. В холодном климате для потолков и стен можно использовать более толстые войлоки.

Обратите внимание, что в таблице 1 лучшие теплопроводники — серебро, медь, золото и алюминий — также являются лучшими электрическими проводниками, что опять же связано с плотностью свободных электронов в них.Кухонная утварь обычно изготавливается из хороших проводников.

Пример 2. Расчет разницы температур, поддерживаемой теплопередачей: теплопроводность через алюминиевую сковороду

Вода кипит в алюминиевой кастрюле, поставленной на электрический элемент на плите. Дно кастрюли имеет толщину 0,800 см и диаметр 14,0 см. Кипящая вода испаряется со скоростью 1,00 г / с. Какая разница температур на дне сковороды?

Стратегия

Проводимость через алюминий является здесь основным методом теплопередачи, поэтому мы используем уравнение для скорости теплопередачи и решаем разницу температур _.

[латекс] \ displaystyle {T} _2-T_1 = \ frac {Q} {t} \ left (\ frac {d} {kA} \ right) \\ [/ latex]

Решение

Определите известные значения и преобразуйте их в единицы СИ Толщина поддона, d = 0,900 см = 8,0 × 10 ⁻³ м площадь поддона, A = π (0,14 / 2) ² м ² = 1,54 × 10 ⁻² м ² , а теплопроводность k = 220 Дж / с ⋅ м ⋅ ° C.

Рассчитайте необходимую теплоту испарения 1 г воды: Q = мл _v = (1.{\ circ} \ text {C} \\ [/ latex]

Обсуждение

Значение теплопередачи [латекс] \ frac {Q} {t} \ [/ latex] = 2,26 кВт или 2256 Дж / с типично для электрической плиты. Это значение дает очень небольшую разницу температур между плитой и сковородой. Учтите, что конфорка печи раскалилась докрасна, а температура внутри сковороды почти 100ºC из-за контакта с кипящей водой. Этот контакт эффективно охлаждает дно сковороды, несмотря на его близость к очень горячей конфорке плиты.Алюминий является настолько хорошим проводником, что достаточно лишь этой небольшой разницы температур для передачи тепла в сковороду 2,26 кВт.

Проводимость вызывается случайным движением атомов и молекул. По сути, это неэффективный механизм переноса тепла на макроскопические расстояния и короткие временные расстояния. Возьмем, к примеру, температуру на Земле, которая была бы невыносимо холодной ночью и чрезвычайно высокой днем, если бы перенос тепла в атмосфере происходил только за счет теплопроводности.В другом примере автомобильные двигатели будут перегреваться, если не будет более эффективного способа отвода избыточного тепла от поршней.

Проверьте свое понимание

Как изменяется скорость теплопередачи за счет теплопроводности, когда все пространственные размеры удваиваются?

Решение

Поскольку площадь является произведением двух пространственных измерений, она увеличивается в четыре раза, когда каждое измерение удваивается ( A _final = (2 d ) ² = 4 d ² = 4 А _{начальный} ).Однако расстояние просто удваивается. Поскольку разница температур и коэффициент теплопроводности не зависят от пространственных размеров, скорость передачи тепла за счет теплопроводности увеличивается в четыре раза, деленные на два или два:

[латекс] \ left (\ frac {Q} {t} \ right) _ {\ text {final}} = \ frac {kA _ {\ text {final}} \ left (T_2-T_1 \ right)} {d_ {\ text {final}}} = \ frac {k \ left (4A _ {\ text {initial}} \ right) \ left (T_2-T_1 \ right)} {2d _ {\ text {initial}}} = 2 \ frac {kA _ {\ text {initial}} \ left (T_2-T_1 \ right)} {d _ {\ text {initial}}} = 2 \ left (\ frac {Q} {t} \ right) _ {\ text {initial}} \\ [/ latex]

Сводка раздела

• Теплопроводность — это передача тепла между двумя объектами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом.
• Скорость теплопередачи [латекс] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex] (энергия в единицу времени) пропорциональна разнице температур T ₂ — T ₁ и площадь контакта A и обратно пропорциональна расстоянию d между объектами: [latex] \ frac {Q} {t} = \ frac {\ text {kA} \ left ({T} _ {2} — {T} _ {1} \ right)} {d} \\ [/ latex].

Концептуальные вопросы

1. Некоторые электроплиты имеют плоскую керамическую поверхность со скрытыми нагревательными элементами.Кастрюля, поставленная над нагревательным элементом, будет нагрета, при этом безопасно прикасаться к поверхности всего в нескольких сантиметрах от нее. Почему керамика с проводимостью меньше, чем у металла, но больше, чем у хорошего изолятора, является идеальным выбором для плиты?
2. Свободная белая одежда, закрывающая большую часть тела, идеальна для обитателей пустыни как на жарком солнце, так и в холодные вечера. Объясните, чем выгодна такая одежда и днем, и ночью.

Рисунок 5.Джеллабию носят многие мужчины в Египте. (кредит: Зерида)

Задачи и упражнения

1. (a) Рассчитайте коэффициент теплопроводности через стены дома толщиной 13,0 см, у которых средняя теплопроводность в два раза выше, чем у стекловаты. Предположим, что нет ни окон, ни дверей. Площадь стен составляет 120 м ² , их внутренняя поверхность имеет температуру 18,0ºC, а внешняя поверхность — 5,00ºC. (b) Сколько комнатных обогревателей мощностью 1 кВт потребуется для уравновешивания теплопередачи за счет теплопроводности?
2. Скорость отвода тепла из окна в зимний день достаточно высока, чтобы охладить воздух рядом с ним.Чтобы увидеть, насколько быстро окна передают тепло за счет теплопроводности, рассчитайте коэффициент теплопроводности в ваттах через окно размером 3,00 м ² толщиной 0,635 см (1/4 дюйма), если температура внутренней и внешней поверхностей составляет 5,00 ºC и −10,0ºC соответственно. Такая высокая скорость не будет поддерживаться — внутренняя поверхность остынет и даже может образоваться иней.
3. Рассчитайте скорость отвода тепла от тела человека, предполагая, что внутренняя температура ядра составляет 37,0 ° C, а температура кожи равна 34.0ºC, толщина тканей в среднем составляет 1,00 см, а площадь поверхности составляет 1,40 м. ² .
4. Предположим, вы стоите одной ногой на керамическом полу и одной ногой на шерстяном ковре, соприкасаясь каждой ногой на площади 80,0 см. ² . И керамика, и ковер имеют толщину 2,00 см и температуру на нижней стороне 10,0 ° C. С какой скоростью должна происходить теплопередача от каждой ступни, чтобы верхняя часть керамики и ковра поддерживала температуру 33,0 ° C?
5. Человек потребляет 3000 ккал пищи за один день, превращая большую ее часть для поддержания температуры тела.Если он теряет половину этой энергии из-за испарения воды (при дыхании и потоотделении), сколько килограммов воды испаряется?
6. (a) Огнеходец бежит по раскаленному углю, не получив ожогов. Рассчитайте теплопроводность, передаваемую подошве одной ступни огнехожника, учитывая, что нижняя часть ступни представляет собой мозоль толщиной 3,00 мм с проводимостью на нижнем пределе диапазона для древесины, а ее плотность составляет 300 кг / м 2. ³ . Площадь контакта 25,0 см ² , температура углей 700ºC, время контакта 1.00 с. (b) Какое повышение температуры происходит в 25,0 см ³ пораженной ткани? (c) Как вы думаете, какое влияние это окажет на ткань, учитывая, что каллус состоит из мертвых клеток?
7. (а) Какова скорость теплопроводности через мех толщиной 3 см у крупного животного с площадью поверхности 1,40 м ² ? Предположим, что температура кожи животного составляет 32,0 ° C, температура воздуха -5,00 ° C и мех имеет такую ​​же теплопроводность, как воздух.(б) Какой прием пищи потребуется животному в течение одного дня, чтобы восполнить эту теплопередачу?
8. Морж передает энергию путем теплопроводности через свой жир с мощностью 150 Вт при погружении в воду с температурой –1,00 ° C. Внутренняя температура моржа составляет 37,0ºC, а его площадь поверхности составляет 2,00 м. ² . Какова средняя толщина его подкожного жира, который имеет проводимость жировых тканей без крови?

   Рис. 6. Морж на льду. (Источник: капитан Бадд Кристман, Корпус NOAA)

9. Сравните коэффициент теплопроводности через 13.Стена толщиной 0 см, имеющая площадь 10,0 м ² и удвоенную теплопроводность, чем стекловата, со скоростью теплопроводности через окно толщиной 0,750 см и площадью 2,00 м ² , предполагая одинаковую разницу температур между ними.
10. Предположим, что человек покрыт с головы до ног шерстяной одеждой средней толщины 2,00 см и передает энергию посредством теплопроводности через одежду со скоростью 50,0 Вт. Какова разница температур в одежде, учитывая, что площадь поверхности равна 1.40 м ² ?
11. Некоторые поверхности плит сделаны из гладкой керамики для облегчения очистки. Если керамика имеет толщину 0,600 см и теплопроводность происходит через ту же площадь и с той же скоростью, что и в примере 2, какова разница температур в ней? Керамика имеет такую ​​же теплопроводность, как стекло и кирпич.
12. Один из простых способов снизить расходы на отопление (и охлаждение) — это добавить дополнительную изоляцию на чердаке дома. Предположим, что в доме уже есть 15 см стекловолоконной изоляции на чердаке и на всех внешних поверхностях.Если добавить на чердак еще 8,0 см стеклопластика, то на какой процент упадет стоимость отопления дома? Возьмем одноэтажный дом размером 10 м на 15 м на 3,0 м. Не обращайте внимания на проникновение воздуха и потерю тепла через окна и двери.
13. (a) Рассчитайте коэффициент теплопроводности через окно с двойным остеклением, которое имеет площадь 1,50 м ² и состоит из двух стекол толщиной 0,800 см, разделенных воздушным зазором 1,00 см. Температура внутренней поверхности 15.0ºC, а снаружи −10,0ºC. (Подсказка: на двух стеклянных панелях наблюдаются одинаковые перепады температуры. Сначала найдите их, а затем перепад температуры в воздушном зазоре. Эта проблема игнорирует повышенную теплопередачу в воздушном зазоре из-за конвекции.) (B) Рассчитайте скорость теплопроводность через окно толщиной 1,60 см той же площади и с такими же температурами. Сравните свой ответ с ответом на часть (а).
14. Многие решения принимаются на основе периода окупаемости: времени, которое потребуется за счет экономии, чтобы равняться капитальным затратам на инвестиции.Приемлемые сроки окупаемости зависят от бизнеса или философии. (Для некоторых отраслей период окупаемости составляет всего два года.) Предположим, вы хотите установить дополнительную изоляцию, о которой идет речь в вопросе 12. Если стоимость энергии составляет 1 доллар США за миллион джоулей, а стоимость изоляции составляет 4 доллара США за квадратный метр, тогда рассчитайте простой срок окупаемости. . Возьмем среднее значение Δ T для 120-дневного отопительного сезона, равное 15,0 ° C.
15. Для человеческого тела, какова скорость теплопередачи через ткани тела при следующих условиях: толщина ткани 3.00 см, изменение температуры 2,00ºC, а площадь кожи 1,50 м ² . Как это соотносится со средней скоростью передачи тепла телу в результате потребления энергии около 2400 ккал в день? (Никакие упражнения не включены.)

Глоссарий

R-фактор: отношение толщины материала к проводимости

скорость кондуктивной теплопередачи: скорость теплопередачи от одного материала к другому

теплопроводность: свойство материала проводить тепло

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 1.01 × 10 ³ Вт; (б) Один

3. 84.0 Вт

5. 2,59 кг

7. (а) 39,7 Вт; (б) 820 ккал

9. 35 к 1, окно к стене

11. 1,05 × 10 ³ К

13. (а) 83 Вт; (b) в 24 раза больше, чем у окна с двойным остеклением.

15. 20,0 Вт, 17,2% от 2400 ккал в день

Тепловые свойства неметаллов | Инженеры Edge

Связанные ресурсы: теплопередача

Тепловые свойства неметаллов

Проектирование и проектирование теплопередачи
Металлы и материалы
Обзор теплопроводности, теплопередачи

Термические свойства неметаллов

Электропроводность: передача тепла через материалы с низкой теплопроводностью происходит медленнее, чем через материалы с высокой теплопроводностью.Соответственно, материалы с высокой теплопроводностью широко используются в теплоотводах, а материалы с низкой теплопроводностью используются в качестве теплоизоляции. Теплопроводность материала может зависеть от температуры. Величина, обратная теплопроводности, называется удельным тепловым сопротивлением.

Плотность: Плотность или, точнее, объемная массовая плотность вещества — это его масса на единицу объема.

Удельная теплоемкость: тепло, необходимое для повышения температуры единицы массы данного вещества на заданную величину (обычно на один градус).

Преобразование теплопроводности:
1 кал / см ² / см / сек / ° C = 10,63 Вт / дюйм — ° C

117 БТЕ / (ч-фут F) x (0,293 Вт-ч / БТЕ) x (1,8 F / C) x (фут / 12 дюймов) = 5,14 Вт / дюйм — ° C
или
117 БТЕ / (час-фут-фут) x 0,04395 ватт-час-фут-фут / (БТЕ = ° C — дюйм) = 5,14 Вт / дюйм — ° C

Связанный:

© Copyright 2000-2021, ООО «Инженер Эдж» www.Engineersedge.com
Все права защищены
Заявление об ограничении ответственности | Обратная связь | Реклама | Контакты

Дата / Время: