Теплопроводность и теплоемкость кирпича

Подбирая подходящий материал для проведения того или иного вида строительных работ, особое внимание следует обращать на его технические характеристики. Это касается и удельной теплоемкости кирпича, от которой во многом зависит потребность дома в последующей термоизоляции и дополнительной отделке стен.

Характеристики кирпича, которые влияют на его применение:

• Удельная теплоемкость. Величина, определяющая количество тепловой энергии, необходимой для нагревания 1 кг на 1 градус.
• Теплопроводность. Очень важная характеристика для кирпичных изделий, позволяющая определить количество передаваемого тепла со стороны комнаты на улицу.
• На уровень теплопередачи кирпичной стены прямым образом влияют характеристики использованного для ее возведения материала. В тех случаях, когда речь идет о многослойной кладке, потребуется учитывать коэффициент теплопроводности каждого слоя в отдельности.

Керамический

Исходя из технологии производства, кирпич классифицируется на керамическую и силикатную группы. При этом оба вида имеют значительные отличия по плотности материала, удельной теплоемкости и коэффициенту теплопроводности. Сырьем для изготовления керамического кирпича, еще его называют красным, выступает глина, в которую добавляют ряд компонентов. Сформированные сырые заготовки подвергаются обжигу в специальных печах. Показатель удельной теплоемкости может колебаться в пределах 0,7-0,9 кДж/(кг·K). Что касается средней плотности, то она обычно находится на уровне 1400 кг/м3.

Среди сильных сторон керамического кирпича можно выделить:

1. Гладкость поверхность. Это повышает его внешнюю эстетичность и удобство укладки.
2. Стойкость к морозу и влаге. В обычных условиях стены не нуждаются в дополнительной влаго- и термоизоляции.
3. Способность переносить высокие температуры. Это позволяет использовать керамический кирпич для возведения печей, мангалов, жаропрочных перегородок.
4. Плотность 700-2100 кг/м3. На эту характеристику непосредственно влияет наличие внутренних пор. По мере увеличения пористости материала уменьшается его плотность, и возрастают теплоизоляционные характеристики.

Коронка по бетону: что такое и как выбрать

Силикатный

Что касается силикатного кирпича, то он бывает полнотелым, пустотелым и поризованным. Исходя из размеров, различают одинарные, полуторные и двойные кирпичи. В среднем силикатный кирпич обладает плотностью 1600 кг/м3. Особенно ценятся шумопоглощающие характеристики силикатной кладки: даже если речь идет о стене небольшой толщины, уровень ее звукоизоляции будет на порядок выше, чем в случае применения других типов кладочного материала.

Облицовочный

Отдельно стоит сказать об облицовочном кирпиче, который с одинаковым успехом противостоит и воде, и повышению температуры. Показатель удельной теплоемкости этого материала находится на уровне 0,88 кДж/(кг·K), при плотности до 2700 кг/м3. В продаже облицовочные кирпичи представлены в большом многообразии оттенков. Они подходят как для облицовки, так и для укладки.

Огнеупорный

Представлен динасовыми, карборундовыми, магнезитовыми и шамотными кирпичами. Масса одного кирпича довольно большая, по причине значительной плотности (2700 кг/м3). Самый низкий показатель теплоемкости при нагревании у карборундового кирпича 0,779 кДж/(кг·K) для температуры +1000 градусов. Скорость нагревания печи, уложенной из этого кирпича, значительно превышает нагрев шамотной кладки, однако охлаждение наступает быстрее.

Из огнеупорного кирпича обустраиваются печи, предусматривающие нагревание до +1500 градусов. На удельную теплоемкость данного материала большое влияние оказывает температура нагрева. К примеру, тот же шамотный кирпич при +100 градусах обладает теплоемкостью 0,83 кДж/(кг·K). Однако, если его нагреть до +1500 градусов, это спровоцирует рост теплоемкости до 1,25 кДж/(кг·K).

Зависимость от температуры использования

На технические показатели кирпича большое влияние оказывает температурный режим:

• Трепельный. При температуре от -20 до + 20 плотность меняется в пределах 700-1300 кг/м3. Показатель теплоемкости при этом находится на стабильном уровне 0,712 кДж/(кг·K).
• Силикатный. Аналогичный температурный режим -20 — +20 градусов и плотность от 1000 до 2200 кг/м3 предусматривает возможность разной удельной теплоемкости 0,754-0,837 кДж/(кг·K).
• Саманный. При идентичности температуры с предыдущим типом, демонстрирует стабильную теплоемкость 0,753 кДж/(кг·K).
• Красный. Может применятся при температуре 0-100 градусов. Его плотность может колебаться от 1600-2070 кг/м3, а теплоемкость – от 0,849 до 0,872 кДж/(кг·K).
• Желтый. Температурные колебания от -20 до +20 градусов и стабильная плотность 1817 кг/м3 дает такую же стабильную теплоемкость 0,728 кДж/(кг·K).
• Строительный. При температуре +20 градусов и плотности 800-1500 кг/м3 теплоемкость находится на уровне 0,8 кДж/(кг·K).
• Облицовочный. Тот же температурный режим +20, при плотности материла в 1800 кг/м3 определяет теплоемкость 0,88 кДж/(кг·K).
• Динасовый. Эксплуатация в режиме повышенной температуры от +20 до +1500 и плотности 1500-1900 кг/м3 подразумевает последовательное возрастание теплоемкости от 0,842 до 1,243 кДж/(кг·K).
• Карборундовый. По мере нагревания от +20 до +100 градусов материал плотностью 1000-1300 кг/м3 постепенно увеличивает свою теплоемкость от 0,7 до 0,841 кДж/(кг·K). Однако, если нагревание карборундового кирпича продолжить далее, то его теплоемкость начинает уменьшаться. При температуре +1000 градусов она будет равняться 0,779 кДж/(кг·K).
• Магнезитовый. Материал плотностью 2700 кг/м3 при повышении температуры от +100 до +1500 градусов постепенно увеличивает свою теплоемкость 0,93-1,239 кДж/(кг·K).
• Хромитовый. Нагревание изделия плотностью 3050 кг/м3 от +100 до +1000 градусов провоцирует постепенное возрастание его теплоемкости от 0,712 до 0,912 кДж/(кг·K).
• Шамотный. Обладает плотностью 1850 кг/м3. При нагревании от +100 до +1500 градусов происходит увеличение теплоемкости материала с 0,833 до 1,251 кДж/(кг·K).

Плюсы и минусы силикатного кирпича

Подбирайте кирпичи правильно, в зависимости от поставленных задач на стройке.

Запинить

Нравится

Класс

Viber

Телеграмка

Удельная теплоемкость материалов

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

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

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

Теплоемкость строительных материалов

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

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

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

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

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

Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов

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

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

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

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

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

Теплоемкость и теплопроводность материалов

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

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

Коэффициент теплопроводности

Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени. Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.

Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:

• ≤ 0.20 – высокая;
• 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная;
• 0.24 — 0.36 – эффективная;
• 0.36 — 0.46 – условно-эффективная;
• ˃ 0.46 – обыкновенная (малоэффективная).

Чем больше плотность, тем выше теплопроводность – не совсем верное утверждение. Структура содержит закрытые поры и полости (пустотелый), наполненные воздухом с коэффициентом ≈ 0,026. Благодаря этому, изделия со щелевыми отверстиями лучше поддерживают тепловой режим внутри сооружений. В инженерных расчетах необходимо учитывать величину теплопроводности кладочной смеси, значение показателя выбирают от 0.47 и выше, в зависимости от состава.

Вид	λ, Вт/м°C
Красный полнотелый	0,56 ~ 0,81
-//- пустотелый	0,35 ~ 0,87
Силикатный кирпич полнотелый	0,7 ~ 0,87
-//- пустотелый	0,52 ~ 0,81

Теплопроводность красного изделия ниже, чем у силикатного.

Физические процессы нагрева и удержания тепла можно охарактеризовать величинами:

• Коэффициент теплоотдачи – теплообмен на границе поверхности твердого тела и воздушной среды. Это мощность теплового потока, приходящаяся на плоскость 1 м², обратно пропорциональная разнице температур тела и теплоносителя (воздух). Чем выше теплопроводность, тем больше теплоотдача.
• Полное тепловое сопротивление – способность противостоять передаче тепла. Значение обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи. Исходя из расчетной формулы R = L/λ, легко рассчитать оптимальную толщину кладки. λ – постоянный параметр, R – тепловое сопротивление указано в таблице 4 СП 131.13330.2012 для климатических зон России.

Теплоемкость

Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим. Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:

• Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
• Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.

Вид изделия	Удельная теплоемкость, Дж/кг*°С
Красный полнотелый	880
пустотелый	840
Силикатный полнотелый	840
пустотелый	750

Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам. При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:

• Применение теплоизоляции.
• Нанесение штукатурки.
• Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
• Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.

Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП 50.13330.2012:

	Плотность, кг/м³	Удельная теплоемкость, кДж/кг*°С	Коэффициент теплопроводности, Вт/м*°C
Обыкновенный глиняный кирпич на различном кладочном растворе
Цементно-песчаный	1800	0.88	0.56
Цементно-перлитовый	1600	0.88	0.47
Силикатный
Цементно-песчаный	1800	0.88	0.7
Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС
1400	1600	0.88	0.47
1300	1400	0.88	0.41
1000	1200	0.88	0.35

Морозостойкость кирпичной кладки

Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.

Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.

Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.

Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:

• Применение паро- и гидроизоляции.
• Обработка кладки гидрофобными составами.
• Контроль, своевременное исправление дефектов.
• Надежная гидроизоляция фундамента.

От выбора материала для кладки, его удельной теплоемкости, теплопроводности, морозостойкости зависит срок и комфорт эксплуатации дома. Сложные расчеты, составление сметы расходов лучше доверить опытным специалистам, имеющим опыт в строительстве и проектировании.

Что это такое и что на них влияет?

Теплопроводностью называется процесс, который происходит внутри материала при передаче тепловой энергии между частицами или молекулами. При этом более холодная часть получает тепло от более нагретой. Энергетические потери и выбросы теплоты происходят в материалах не только в результате процесса передачи тепла, но и при излучении. Это зависит от того, какова структура данного вещества.

Каждый строительный компонент имеет определенный показатель проводимости тепла, полученный опытным путем в лаборатории. Процесс распространения тепла неравномерен, поэтому выглядит на графике как кривая. Теплопроводность – физическая величина, которая традиционно характеризуется коэффициентом. Если посмотреть в таблицу, можно легко заметить зависимость показателя от условий эксплуатации данного материала. Расширенные справочники содержат до нескольких сотен видов коэффициентов, определяющих свойства различных по строению стройматериалов.

Для ориентира при выборе в таблице указывают три условия: обычные – для умеренного климата и средней влажности в помещении, «сухое» состояние материала, и «влажное» – то есть эксплуатацию в условиях повышенного количества влаги в атмосфере. Легко заметить, что у большинства материалов коэффициент возрастает с увеличением влажности окружающей среды. «Сухое» состояние определяется при температурах от 20 до 50 градусов выше нуля и нормальном атмосферном давлении.

Если вещество используется как теплоизолятор, показатели выбирают особенно тщательно. Пористые структуры сохраняют тепло лучше, а более плотные материалы отдают его сильнее в окружающую среду. Поэтому традиционные утеплители обладают самыми низкими коэффициентами теплопроводности.

Как правило, для строительства подходит оптимально стекловата, пено- и газобетон с особо пористой структурой. Чем плотнее материал, тем большей теплопроводностью он обладает, следовательно, передает энергию в окружающую среду.

Виды материалов и их характеристики

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

Это произошло благодаря его универсальным свойствам:

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

Выделяют следующие разновидности кирпича.

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

• Клинкерный. Самый прочный и плотный облицовочный кирпич. Полнотелый, цельный и надежный печной материал по причине высокой плотности имеет и наиболее значительный по величине коэффициент теплопроводности. И поэтому для стен его бессмысленно использовать – в доме будет холодно, понадобится значительное утепление стен. Зато кирпич клинкерный незаменим в дорожном строительстве и при укладке пола в промышленных зданиях.

• Силикатный. Недорогой материал из смеси извести с песком, часто изделия объединяют в блоки для улучшения эксплуатационных свойств. При возведении построек используется не только полнотелый, но и силикат с пустотами. Показатели долговечности у песчаного блока средние, а теплопроводность зависит от размеров соединения, но все же остается достаточно высокой, поэтому дом потребует дополнительного утеплителя.

Ниже показатель у щелевого брикета по сравнению с аналогом без внутренних зазоров. Следует также учесть, что изделие впитывает избыточную влагу.

• Керамический. Современный и красивый материал, выпускаемый в значительном ассортименте. Если говорить о теплопроводности, то она существенно ниже, чем у обыкновенного красного кирпича.

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

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

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

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

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

Для изделий из глины и керамики этот показатель колеблется в пределах 0,7-0,9 кДж/кг. Силикатный кирпич дает показатели в 0,75-0,8 кДж/кг. Шамотный способен при нагревании давать увеличение теплоемкости с 0,85 до 1,25.

Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью: (Пока оценок нет) Загрузка...