Теплопроводность глины и песка

Утепляем дом глиной – вспоминаем опыт прежних веков

Здравствуйте, дорогие наши читатели.

В непростое время живём. Стоимость жизни растёт с каждым днём в геометрической прогрессии, заставляя экономить буквально на всём, ну или, по крайней мере, пытаться это делать. Дошла, конечно, очередь и до строительных материалов. Так, некоторые пытаются выяснить: какова глина как утеплитель.

Продукт то по сути «шаровый», его в строймаге покупать не обязательно, бери и копай, места для этого в любой деревне имеются. Поищем и мы истину, ведь если «кулибины» правы, то нет смысла покупать сомнительные в плане экологии пенопласты.

  1. Немного физики
  2. Глина с опилками как утеплитель
  3. Рецепт
  4. Саман как утеплитель
  5. Керамзит как утеплитель

Немного физики

Перед тем как углубляться в технологические моменты использования продукта, посмотрим на его физико-технические характеристики. А они не слишком радуют. Так, плотность у застывшей глины 1600-2400 кг/м3 (чуть меньше чем у бетона), а теплопроводность 0,7-0,9 Вт/м°С.

Получается, что глина как утеплитель стен, мягко говоря, никудышный, так почему же её до сих пор используют?

Дело в том что этот материал – прекрасное вяжущее, на прочность которого никак не влияет находящаяся в органических наполнителях сахароза (для бетонов она губительна), а это, в свою очередь, открывает широчайший простор для манёвра.

Глина с опилками как утеплитель

Один из самых популярных вариантов – это глина с опилками для утепления на потолок. Деревянная стружка, особенно в её рыхлом состоянии, хорошо сохраняет тепло, а набрать её можно в любом столярном цеху за символическую плату.

Тут есть только один недостаток: со временем рыхлая масса проседает, теряя при этом часть своих теплоизоляционных свойств.

Но если её смешать с гипсом или жидкой глиной «пушистая» структура сохранится надолго, а значит, использование такой технологии не лишено смысла.

Рецепт

Если вам интересна глина с опилками как утеплитель – пропорции тут просты. На три ведра глины берётся два ведра деревянной стружки, всё это смешивается и полученной массой заполняется пространство между лагами.

По такому утеплению запросто можно не то что ходить, но и танцевать, вот только назвать его слишком уж эффективным нельзя. Конечно, долю деревоматериала всегда можно увеличить, но тогда утеплитель потеряет в прочности, а значит, поверх него придётся придумывать какой-то пол.

Саман как утеплитель

Ещё один интересный вариант использования глины – это саман. Раньше он служил как основной конструкционный материал для возведения стен, сегодня же применяется только как утеплитель.

Тут наполнителем выступают уже не опилки, а солома. Вновь-таки экологически чистый продукт с прекрасными теплоизоляционными свойствами и вновь же покупка которого не разорит ваш бюджет.

Чтобы обзавестись саманом нужно иметь лишь деревянную форму и желание поработать. Замесы (а месят глину с соломой ногами) обычно делаются прямо возле глиняного карьера, там полученной массой заполняются формы, там же блоки и сохнут.

Весь процесс довольно трудоёмкий, но если этот пункт вас не смущает можно получить материал с теплопроводностью в 0,1 ВТ/м°С, а это уже довольно неплохой показатель.

Керамзит как утеплитель

Но всё же лучшим наполнителем следует считать не опилки и не солому, а обычный воздух. Такими принципами, наверное, руководствовались и разработчики керамзита когда создавали свой продукт.

Да, если кто не знал, керамзит – это вспененная и обожжённая глина. Утеплитель этот проверенный и особенно в советское время, в строительстве применялся повсеместно. Среди его недостатков числится довольно существенный вес (а в частном строительстве каждый килограмм на счету) и боязнь воды.

Кстати, гидрофобия – это общий для всех глиняных утеплителей минус, так что если планируете эксплуатировать их во влажной среде, можете прямо сейчас отказаться от этой идеи – всё равно ничего хорошего из неё не выйдет.

К сожалению керамзит в домашних условиях изготовить у вас не получится, но его рыночная стоимость и так не слишком высока, так что если прочность перекрытий позволяет, возьмите материал на заметку.

Ну вот, практически и всё. С глиной как утеплителем мы разобрались. Советы как использовать этот прекрасный природный продукт дали. Пора и прощаться.
До свидания и до скорых встреч на страницах нашего блога.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

Теплофизические свойства характеризуют изменения, происходящие в грунтах, вызванные изменением температур. Тепловые свойства пород в значительной степени определяют энергомассообменные процессы, такие как промерзание и оттаивание пород, криогенное пучение, осадка при оттаивании, термокарст, термоэрозия и др.

Знание теплофизических свойств имеет большое значение для познания таких природных процессов, как выветривание и почвообразование, а также для оценки устойчивости инженерных сооружений, особенно в области развития многолетнемерзлых пород. Показатели теплофизических свойств мерзлых и оттаявших грунтов, используемых в качестве оснований зданий и сооружений, необходимы для выполнения теплотехнических расчетов.

Показатели теплофизических свойств грунтов

В состав теплофизических характеристик, определяемых для грунтов, входят:

  • • теплоемкость (С);
  • • теплопроводность (А);
  • • температура начала замерзания грунта (Тbf),
  • • теплота таяния (замерзания) грунта (Lv);
  • • температуропроводность (а);
  • • коэффициент объемного расширения (βt);
  • • коэффициент морозостойкости (KМ).

Теплоемкость является одной из основных теплофизических характеристик грунта. Обычно различают удельную и объемную теплоемкости. Удельная теплоемкость грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы его массы на 1 градус, и выражается в Дж/(г • °С) (или кДж/’кг • °С, или ккал/кг • °С). Объемная теплоемкость, Дж/(м 3 • °С), ккал/(м 3 • °С), численно равна количеству тепла, необходимого для изменения температуры единицы объема грунта на 1 фадус.

Для мерзлого грунта различают его собственную и эффективную теплоемкость. Собственная теплоемкость мерзлого грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменения на I градус температуры единицы объема (или массы грунта), при сообщении тепла грунту допускается, что в нем соотношение воды и льда не изменяется. Эффективная теплоемкость мерзлого грунта численно равна количеству тепла, необходимого для изменений температуры единицы объема или массы грунта на I градус и фазового состава поровой влаги в нем. При экспериментальных определениях теплофизических характеристик грунтов нельзя разделить затраты тепла, идущие на таяние льда и нагрев грунта, поэтому на основании экспериментальных определений калориметрическим методом получают величину эффективной теплоемкости мерзлого грунта. В теплотехнических расчетах промерзания и протаивания грунтов в качестве расчетного параметра принимают величину собственной теплоемкости мерзлого грунта. Затраты тепла на фазовые переходы воды учитывают отдельно, полагая условно, что такие переходы происходят на границе промерзания.

Теплоемкость мерзлых дисперсных пород определяется количественным содержанием в них минеральной составляющей, льда и незамерзшей воды; содержание льда и незамерзшей воды зависит от первоначальной влажности и температуры, поэтому теплоемкость мерзлых дисперсных пород — величина переменная. С понижением температуры пород при данной влажности их теплоемкость уменьшается, поскольку в них становится больше льда и меньше незамерзшей воды (теплоемкость льда — 0,49, воды — 1,0). Теплоемкость мерзлых дисперсных пород значительно изменяется в зависимости от температуры, главным образом вблизи 0 °С, т. е. когда происходят значительные изменения в соотношении фазы воды и льда; поскольку теплоемкость мерзлых пород зависит от количества в них минеральной части, воды и льда, то численное значение ее может быть получено расчетным путем на основании данных о количестве в них воды и фазовом составе последней. Теплоемкость минерального скелета мало изменяется с изменением температуры пород: при понижении температуры на 1 °С теплоемкость суглинка уменьшается всего лишь на 0,1 %, а песка — на 0,07 % от первоначальной величины [57].

Теплопроводность грунта — теплофизическая характеристика грунта, определяющая его способность проводить тепло. Основная характеристика — коэффициент теплопроводности л, Вт/(м • °С), ккал/(м • ч • °С) — характеризует породу в отношении ее способности переносить тепловую энергию и численно равен потоку тепла, проходящего через единицу площади породы в единицу времени при температурном градиенте, равном единице.

Читайте также  Как греть песок зимой на стройке?

При теплотехнических расчетах оснований зданий и сооружений, возводимых на вечномерзлых грунтах, величину коэффициента теплопроводности грунта определяют по табл. 6.1 расчётных значений теплофизических характеристик талых и мерзлых грунтов.

Экспериментальные определения теплопроводности грунтов предусматривают при строительстве в сложных мерзлотно-грунтовых условиях, а также на сильнольдистых, переувлажненных и засоленных грунтах. Преимущественно коэффициент теплопроводности мерзлых грунтов следует определять методом стационарного теплового режима на образцах грунта размером не менее чем 20 * 20 см в плане. Метод основан на измерении установившегося во времени потока тепла, проходящего через исследуемый образец грунта. Поток тепла, возникающий при постоянной разности температур на поверхности образца, измеряют малоинерционным тепломером. Метод применим для определения коэффициента теплопроводности мерзлых песчано-глинистых и гравелистых грунтов с размером отдельных минеральных включений до 10 мм, а также льдистых грунтов среднеслоистой и сетчатой текстуры при температуре наиболее нагретой поверхности образца не выше минус 1 °С.

Теплопроводность грунтов как в талом, так и в мерзлом состоянии зависит от таких факторов, как минеральный состав, плотность, влажность, температура, структура и текстура.

Минеральный состав пород играет большую роль в теплофизических свойствах пород, однако оценить его значение сразу при испытании пород не всегда представляется возможным. Сравнительный анализ опытных данных показывает, что теплопроводность интрузивных пород увеличивается от 2 до 5 Вт/(м • °С) в ряду дуниты-габбросиениты- диориты-граниты, т. е. от основных к кислым. Такая закономерность объясняется разницей количественного содержания SiCb: чем его больше, тем выше теплопроводность.

Теплопроводность эффузивных пород также зависит от химико-минерального состава и степени раскристаллизации и изменяется по данным опытов в диапазоне 2,0. 3,6 Вт/(м • °С).

С увеличением количества SiCb их теплопроводность возрастает в ряду порфиры- андезиты-трахиты-базальты.

Анализ теплопроводности пород метаморфической группы показывает, что их Я изменяется в широких пределах — от 0,8 до 7,4 Вт/(м • °С): она возрастает при переходе от сланцев к гнейсам и кварцитам, что объясняется постепенным исчезновением сланцеватости в ряду.

Теплопроводность осадочно-сцементированных грунтов значительно различается для трех подгрупп: обломочных сцементированных; пылеватых и глинистых сцементированных; химических и биохимических. Первая подгруппа представлена крупно- и мелкообломочными породами — конгломератами, гравелитами и песчаниками с Я от 1,5 до 4,5 Вт/(м °С).

Теплопроводность немерзлых пылеватых и глинистых сцементированных пород, представленных алевритами и аргиллитами, в среднем ниже, чем у крупно- и мелкообломочных пород, и изменяется в диапазоне 0,8. 2.2 Вт/( м • °С), что объясняется их более тонкозернистой структурой, для которой характерно большее число контактных тепловых сопротивлений.

Подгруппы химических и биохимических пород, например кремнистые породы морского происхождения (трепел, диатомит), в целом имеют более низкую теплопроводность из всех рассмотренных выше (0,8. 1,7 Вт/( м • °С), что объясняется высокой пористостью в сочетании с невысокой теплопроводностью скелета этих пород. Такие мономинеральные породы, как доломит и ангидрит, характеризуются наибольшей теплопроводностью, соответственно 7,2. 11,9 и 3,7. 5,8 Вт/( м • °С) и немного меньшей — известняки 5,7 Вт/( м • °С) и мергели 2,6 Вт/( м ■ °С).

Теплопроводность грунтов при прочих равных условиях уменьшается с увеличением дисперсности в следующей последовательности: крупнообломочные — песчаные — супесчаные — лёссовые — суглинистые — глиныторф. Возрастание дисперсности увеличивает количество контактных тепловых сопротивлений, а также сопровождается ростом гидрофильности и ультрапористости, повышающих относительное содержание жидкой фазы воды с меньшей теплопроводностью, чем у льда. Такая закономерность прослеживается, как правило, в диапазоне температур от +20 до -20 °С, включая область интенсивных фазовых переходов влаги, и справедлива для дисперсных пород с различной влажностью. Поскольку теплопроводность минерального скелета, как правило, выше, чем воды и льда, уплотнение грунта сопровождается увеличением теплопроводности.

Увлажнение существенно увеличивает величину 2, так как низкотеплопроводный воздух (0,023 Вт/(м • °С) заменяется более теплопроводными жидкостью (0,57 Вт/( м • °С)) или льдом (2,29 Вт/( м • °С).

Теплопроводность породы, в отличие от теплоемкости, не является аддитивной величиной, что и определяет существенную зависимость 2 от факторов строения породы, т. е. ее структуры, текстуры и сложения. При этом определяющее значение имеет то, каким образом осуществляется передача тепла в породе: непосредственно по частицам, от частицы к частице в местах их контакта или от частицы к частице через промежуточную среду [57].

Теплофизические характеристики грунта — теплопроводность λ и объемная теплоемкость определяются опытным путем. Расчетные значения теплопроводности талого и мерзлого грунта (2,/, и 2/), а также объемной теплоемкости талого и мерзлого грунта (С,/, и Cj) песчаных и пылевато-глинистых грунтов, включая заторфованные и гравелистые, допускается принимать по табл. 6.1 в зависимости от плотности сухого грунта (pj) [104].

Температура начала замерзания грунта Ту; °С, характеризует температуру перехода грунта из талого в мерзлое состояние. Под температурой начала замерзания засоленного грунта понимают отрицательную температуру, при которой в поровом растворе появляются кристаллы льда. Температуру начала замерзания пылевато-глинистых, засоленных и биогенных (заторфованных) грунтов следует устанавливать опытным путем по данным замера температуры грунта в процессе его промерзания (либо оттаивания). При этом образец помещается в среду с постоянной температурой. Наиболее оптимальной температурой окружающей среды при замораживании образцов является температура минус 8. 10 °С. Для незаселенных песчаных и крупнообломочных грунтов значение Ту принимается равным 0 °С.

Температуру начата замерзания порового раствора определяют для мерзлых грунтов массивной криогенной текстуры, а также для минеральных прослоек или макроагрегатов мерзлых грунтов слоистой и сетчатой криогенной текстуры, содержащих только поровый лед. В засоленных грунтах массивной криогенной текстуры незамерзшая вода состоит из различных категорий связанной воды и раствора солей. Для таких грунтов температуры начала замерзания и таяния практически совпадают, так как они зависят от концентрации порового раствора. В засоленных мерзлых грунтах слоистой и сетчатой криогенной текстуры ледяные включения практически не содержат солей и оттаивают при 0 °С.

Расчетные точении теплофизических характеристик грунтов [104]

Плотность сухого грунта рь т/м’

Влажность грунта д, ед.

Теплопроводность грунта. Вт/(м ■°С), [ккал/(м ■ ч -°С)1

Объемная теплоемкость, Дж'(м’ °С) 10 6 (ккалДм* -°С)]

Раствор из глины и песка для штукатурки. Как выбрать тип раствора

Популярные материалы

Today’s:

  1. Раствор из глины и песка для штукатурки. Как выбрать тип раствора
  2. Цементно глиняный раствор для штукатурки. На основе цемента
  3. Штукатурка деревянного дома снаружи глиной. Где применяется глиняная штукатурка?
  4. Штукатурка глиной с цементом. Недостатки.
  5. Пропорции глины и песка для штукатурки печи. Состав раствора
  6. Видео состав глиняной штукатурки.

Раствор из глины и песка для штукатурки. Как выбрать тип раствора

В качестве основных критериев для выбора рецептуры создаваемого материала следует учитывать такие важные факторы, как необходимая теплопроводность и характеристики поверхности:

  • Глиняный состав с войлоком является наиболее прочным и теплым вариантом. Такой состав подходит для черновой обработки наружных стен;

  • Добавим в глиняно-войлочную смесь песок, и ее параметры пластичности и теплопроводности снизятся. Такая смесь подойдет для обработки деревянных поверхностей, в которых теплоизоляция и так находится на высшем уровне, благодаря свойствам древесина;

  • Смесь глины и песка подходит больше для чистовой обработки поверхностей, снаружи или внутри здания.

Также следует знать о том, что любой глиняный раствор подходит для нанесения на различные виды материалов. Оштукатуривание деревянных, кирпичных, бетонных или иных оснований не требует изменений в технологии нанесения.

Цементно глиняный раствор для штукатурки. На основе цемента

Штукатурка стен цементным раствором – самый распространенный вид отделочных работ. Смесь на основе цемента по консистенции чем-то похожа на раствор для кладки, но отличается от него по плотности, а также возможности добавления в него дополнительных компонентов и различных пластификаторов.

Читайте также  Как самостоятельно положить тротуарную плитку на песок?

Обратите внимание, добавление пластификаторов должно происходить только после консультации со специалистом о необходимых пропорциях. Иначе есть риск испортить состав.

Что самое удивительное, так это то, что для приготовления качественной смеси на основе цемента, главным компонентом, за качеством которого придется следить вам лично, является не цемент, а песок.

Да-да, не удивляйтесь! И от того, насколько чистым будет песчаный наполнитель, зависит качество всего состава. Чтобы этого добиться, советую, перед замешиванием всех компонентов, тщательно просеять песок через крупную сетку. В нем не должно быть, камней и глины, не говоря уже о мусоре, который может попасться.

После просеивания, можно приступать к замешиванию состава. Сначала, необходимо перемешать песок с цементом в нужных пропорциях в сухом виде. Для внешней отделки рекомендую цемент марки «М500» размешать с песком в пропорции 1:5. То есть одну часть цемента на пять частей песка.

Для внутренней отделки стен используйте цемент «М400» и смешивайте его с песчаным компонентом в соотношении 1:4. Одна часть цемента к четырем частям песка. Полученную смесь необходимо перемешать до однородного вида, после этого можно добавить воды, и размешать до густого вида. Перемешивать можно как в корыте, так и в строительном миксере.

Штукатурка деревянного дома снаружи глиной. Где применяется глиняная штукатурка?

Долгие годы глиняная штукатурка использовалась, пожалуй, лишь для кладки перегородок внутри помещений, а также при отделке и кладке печей и каминов. Но, если посмотреть на старые постройки, оштукатуренные глиняными составами, то можно убедиться, что служит она до сих пор исправно.

Весьма прочны и перегородки из красного кирпича, в кладке которых часто используется цементно-глиняные смеси. Причем, в отличие от непрочного гипсокартона, на них можно навешивать тяжелые стеллажи, не боясь их падения.

Глиняно-песчаным раствором наиболее часто штукатурят деревянные, глиняные (саманные) стены не только снаружи, но и внутри дома. Оштукатурить глиной, в принципе, можно любые поверхности. Главное – правильно их подготовить, а также подобрать жирность глины и соблюдать пропорции с добавками (песком, опилками, соломой) в растворе.

Этот экологически чистый материал способен впитывать излишнюю влагу и отдавать ее по мере необходимости. Глиняная штукатурка с включением волокон льна или соломы выглядит оригинально, поэтому дизайнеры и мастера все чаще используют ее в качестве декоративной отделки .

Штукатурка глиной с цементом. Недостатки.

В целом любые свойства можно назвать нейтральными. В определенных условиях они могут становиться преимуществами или недостатками.

  1. Влагоемкость. Насыщение молекулами воды изменяет структуру глины. Это влечет изменение ее технических характеристик:
  • Прочность и твердость снижаются;
  • Набухание приводит к увеличению объема и массы;
  • Размокание нарушает целостность пласта, который меняет геометрическую конфигурацию – деформируется;
  1. Усадка является следствием набухания. Глина настолько пластична, что усаживаясь постепенно, она не разрывается. Однако резкое высыхание способно вызвать разрушение ( трещины , кракелюр). Глиняный раствор для штукатурки стен применяется с наполнителем, что повышает прочность слоя.
  2. Теплопроводность. Для сравнения: цементно-песчаная штукатурка – 1.2 (Вт/м2К), цементная – 0.93, известковая 0.698, гипсовая – 0.3. Глина – 0.7-0.9. Немногим «теплее» цемента. Однако это свойство используется при отделке отопительных щитков – чем лучше штукатурка проводит тепло, тем выше теплоотдача печи.

Пропорции глины и песка для штукатурки печи. Состав раствора

Первый вариант раствора является наиболее популярным.

В его состав входят глина, асбест, песок и известь в следующих пропорциях: 1:0,1:2:1. Все это требуется тщательно перемешать, а после довести до нужного состояния с помощью воды, которую нам необходимо постепенно добавлять в раствор, перемешивая его.

В итоге мы получим нечто, похожее на сметану: получившийся раствор не должен быть слишком жидким или густым.

При другом варианте раствор для штукатурки включает в себя глину, песок, цемент М400 или М500 и асбест в таких пропорциях: 1:2:1:0,1.

Для начала вам нужно смешать глину с водой, дабы получилось густое тесто. После этого добавьте в получившуюся смесь асбест, цемент и немного воды, чтобы раствор по густоте напоминал сметану.

Стоит отметить, что недостатком данного рецепта является то, что выработать раствор следует за 60 минут: подобные вещества быстро схватываются и вскоре становятся непригодными для использования.

Стеновые панели, изготовленные из современных материалов, появились сравнительно недавно и быстро завоевали свою популярность. Здесь все о листовых стеновых панелях для внутренней отделки.

Стяжка – это специальный слой из смеси песка – цемента, с помощью которого делают хорошее основание для пола. Перейдя по ссылке ознакомитесь с сухой стяжкой пола.

Современный рынок строительных материалов предлагает панели на любой вкус и под любой запрос, помимо стоимости, влагостойкие листы значительно проще смонтировать. Листовые влагостойкие стеновые панели — лучшие из всех панелей.

Видео состав глиняной штукатурки.

Теплоемкость материалов — таблица

В строительстве очень важной характеристикой является теплоемкость строительных материалов. От нее зависят теплоизоляционные характеристики стен постройки, а соответственно, и возможность комфортного пребывания внутри здания. Прежде, чем приступить к ознакомлению с теплоизоляционными характеристиками отдельных строительных материалов, необходимо понять, что собой представляет теплоемкость и как она определяется.

  1. Удельная теплоемкость материалов
  2. Теплоемкость строительных материалов
  3. Сравнительная характеристика теплоемкости основных строительных материалов
  4. Теплоемкость и теплопроводность материалов

Удельная теплоемкость материалов

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

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

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

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:

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

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.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОРОД

Теплопроводность пород определяет способность минералов, слагающих породу, проводить тепло.

Горные породы, как правило, являются плохими проводниками тепла (см. приложение 13) и имеют небольшие значения теплопроводности (0,1 — 7 ккал/м·ч· 0 С). Рудные минералы — магнетит, пирит гематит и другие — обладают большими значениями (10 — 40 ккал/м·ч· 0 С) теплопроводности, поскольку они имеют электронную теплопроводность. Из породообразующих минералов большими значениями теплопроводности (6 — 10 ккал/м·ч· 0 С) обладаем кварц и еще большими — алмаз. У плотных малопористых безрудных пород (группа пород по строению 1п.) наблюдается увеличение коэффициента теплопроводности λ с увеличением содержания в них кварца. Сравнительно повышенную теплопроводность имеют гидрохимические осадки (каменная соль, сильвин, ангидрит), а пониженную — каменный уголь и асбест.

У чистых монокристаллов теплопроводность наибольшая, а при переходе их в поликристаллы она падает (табл. 10).

Наибольшие пределы изменения теплопроводности характерны для монокристаллов.

Для практических расчетов, теплопроводности пород, представляющих собой статистическую смесь минералов, пригодна формула логарифмического средневзвешенного

Где λi –теплопроводность минерала с относительным объемным содержанием в породе Vi .

Значения теплопроводности различных минералов, составляющих породу, имеют небольшие различия, поэтому для упрощения расчетов можно принять среднее значение теплопроводности

,

где — теплопроводность слоистой породы вдоль напластования;

— теплопроводность слоистой породы поперек напластавания.

Теплопроводности кристаллических и аморфных минералов имеют значительные отличия. Как правило, λкр > λам.

Теплопроводность аморфных минералов не превышает 1,5 ккал/м·ч· 0 С, поэтому наличие стекловатой массы понижает теплопроводность пород.

Теплопроводность пород зависит от размеров зерен, из которых сложены породы. Как правило, происходит уменьшение теплопроводности пород с уменьшением размеров зерен. Влияние размеров зерен наиболее существенно только при небольших их средних размерах dср. Это объясняется тем, что длина свободного пробега фононов определяется двумя факторами: рассеиванием фононов на фононах и рассеиванием фононов на границах кристаллов и зерен. Какой фактор будет преобладать, зависит от соотношения длины свободного пробега фононов и размеров зерен dср. Если l

где λ — коэффициент теплопроводности монокристалла; B— отношение температурного градиента на одном контакте зерен к среднему температурному градиенту всего образца (для мрамора при температуре 0 0 C B=0,0027).

Теплопроводность слоистых пород, как это было показано выше, зависит от направления теплового потока: вдоль слоистости она всегда больше, так как в этом случае λ определяется теплопроводностью наиболее проводящего слоя, а в другом случае — теплопроводностью наименее проводящего слоя. Отношение λ/ λ в среднем для слоистых пород составляет приблизительно 1,1 -1,5 (табл. 11). У слюды вдоль спайности теплопроводность в 6 раз выше, чем поперек спайности; для графита это отношение составляет 2 и более.

При этом анизотропия объясняете тем, что частицы, входящие в кристаллическую решетку минерала, вдоль слоистости взаимодействуют интенсивнее; молекулярное движение перпендикулярно плоскости спайности передается значительно хуже.

Теплопроводность пористых пород является сложной функцией составляющих их фаз (табл. 12). При этом передача тепловой энергии может происходить как посредством теплопроводности, так и путем конвекции заполнителя порового пространства. Если размеры пор сравнительно малы, явление конвекции можно не учитывать, так же как и явление передачи тепла излучением, когда температура нагрева породы не превышает 1000° С.

Теплопроводность газов очень низка, поэтому λсухих пористых пород всегда ниже теплопроводности непористых пород. Например, теплопроводность песка в 6 — 7 раз меньше теплопроводности плотного песчаника.

Большую роль играет форма пор в породе; теплопроводность пород, имеющих удлиненные поры (типа трещин), значительно меньше в направлении, перпендикулярном направлению теплового потока. В этом случае можно использовать формулу последовательного соединения звеньев.

Так как коэффициент теплопроводности воздуха λв ≈ 0,02 ккал/м·ч· 0 С

Если тепловой поток направлен вдоль трещин, то

Поскольку

.

Эти уравнения определяют предельные зависимости теплопроводности пород от пористости и трещиноватости (рис. 41). В зависимости от формы пор тип конкретного уравнения может быть различным.

Для практических целей при Р около 20% можно пользоваться уравнением типа

Увлажнение пористых пород приводит к увеличению их теплопроводности (рис. 42); поскольку теплопроводность воды ниже, чем минералов, то λ пористой влажной породы никогда не становится близким или равным λ такой же, но малопористой породы.

Исследования показывают, что теплопроводность заполняющего поры вещества (вода и воздух) может быть выражена следующей приближенной формулой (см. рис. 42):

,

где w -объемная влажность породы; 0,5 — коэффициент теплопроводности воды; 0,023 — коэффициент теплопроводности воздуха. Теплопроводность насыщенной водой глины в 6 — 8 раз больше, чем теплопроводность сухой.

С повышением температуры (рис. 43, а) теплопроводность почти всех кристаллических минералов и пород снижается, а теплопроводность аморфных и скрытокристаллических минералов и пород (обсидиан, аморфные разновидности SiO2) повышается. Некоторый рост теплопроводности наблюдается также у анортозитов, глин и углей.

Наиболее значительное снижение λ, с повышением температуры характерно для пород, обладающих исходными его значениями. Эта закономерность хорошо согласуется с известной зависимостью (рис. 43, 6)

,

где Т — абсолютная температура; A — коэффициент (для кварцитов, гранитов и пегматитов A = 900 — 1600).

Такая закономерность четко соблюдается только в области температур до 400 0 С. При более высоких температурах λ → const, у некоторых пород наблюдается даже возрастание λ, с повышением температуры, так как при высоких температурах возникает дополнительная теплопроводность, обусловленная излучением.

Теплопроводность пород, обладающих повышенной пористостью (известняков и др.) с увеличением температуры изменяется мало, что также связано в основном с радиационной составляющей теплопроводности. В практических расчетах можно принять, что теплопроводность этих пород не зависит от температуры.

Уменьшение теплопроводности пород с повышением температуры объясняется усилением хаотичности движения молекул в кристаллической: решетке и их взаимодействием (рассеиванием одного фонона другим), что в свою очередь, снижает длину свободного пробега фононов.

Кривая теплопроводности влажной породы при нагреве до 120 0 С (вследствие испарения влаги) имеет точку максимума: вначале (так как теплопроводность воды с повышением температуры увеличивается) λ, всей породы возрастает, а затем при усилении процесса испарения влаги происходит уменьшение теплопроводности. С понижением температуры теплопроводность скальных пород увеличивается; в области абсолютных температур 5 — 30К наблюдается максимум λ.

Понижение температуры влажных пород ниже нуля приводит к замерзанию воды и, следовательно, к резкому возрастанию теплопроводности пород (так как λльда>> λв). Теплопроводность пористых пород под воздействием давления обычно увеличивается, непори­стых пород — увеличивается незначительно.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: