Особенности теплопроводности бетона

Особенности теплопроводности бетона

Теплопроводность бетона — одна из важных характеристик строительного материала наряду с прочностью, плотностью и морозостойкостью. Ее учитывают в теплотехническом расчете для определения минимальной толщины наружных стен. Ограждающие конструкции в первую очередь защищают внутренние помещения от холода и промерзания. Особенно важно это для отапливаемых зданий, когда для обогрева расходуются значительные средства. Установлено, что от 20 до 30% тепла уходит через стены и перекрытия.

Строительство в разных климатических зонах предполагает эксплуатацию зданий при большом интервале внешних температур. Определение минимально необходимой толщины наружной конструкции с учетом теплотехнических свойств бетона экономически целесообразно. Это позволяет существенно сократить затраты на возведение и обогрев сооружения в отопительный сезон.

1. О понятии теплопроводности
2. Что такое коэффициент теплопроводности
3. Как рассчитать ограждающую конструкцию

Как и обещал, поговорим о теплопроводности материалов при строительстве дома и какой же все таки выбрать материал для дома и технологию строительства, основываясь на ваши цели в плане его использования. Произведем расчет теплопроводности стен дома. Сравним материалы, посчитаем, какой дом экономичнее всего отапливать. Особенно, это важно для нас, т.к. нам необходимо отапливать дом около 6 месяцев в году, а в некоторых регионах России еще больше. Проще говоря, какой же дом действительно экономит нам наши деньги?
Речь пойдет о теплопроводности стены, почему стены? Да, потому что выбор основного материала для стен определяет тип, этапы, технологию строительства, а так же теплоэффективность дома в итоге.

Выбираем материал стен дома, основываясь на теплопроводность материалов

Из курса физики мы знаем, что любая система стремится к равновесию. Поэтому, если у нас есть перепады температур, тогда сразу же возникает перетекание тепла. Т.е. тепловая энергия перетекает из теплого в холодное. Таким образом, наш дом будет отдавать свое тепло наружу через все, что только возможно, стены, крышу, пол, окна, двери, как видно на фото из-за разницы температур. В итоге дом полностью остынет и приравняется к внешней температуре.

Поэтому чтобы восполнить эту теплопотерю необходимо постоянно в холодное время отапливать дом. То с какой скоростью перетекает тепло из горячей зоны в холодную и есть теплопроводность. Как мы понимаем, разные материалы имеют разную теплопроводность и можно померить это благодаря коэффициенту теплопроводности.

Посчитать это можно по данной формуле расчета коэффициента теплопроводности. То есть, сколько тепла за единицу времени протекает через 1 кв.м. материала при градиенте температур 1 градус на 1 метр (на рисунке это показано с одной стороны куба 20 градусов с другой 19 градусов)

Коэффициент теплопроводности кирпича, коэффициент теплопроводности дерева

Мы видим из подсчетов, что у дерева теплопроводность в 3 раза меньше. Это означает, что при прочих равных условиях (равная толщина материала и температур) протекаемость тепла в кирпиче в 3 раза быстрее, а в дереве в 3 раза медленнее относительно кирпича. Поэтому дерево более энергосберегающий материал. Если мы хотим чтобы у кирпича была такая теплопотеря, как у дерева, значит, толщину кирпича нужно увеличить втрое. Простая арифметика!
Теперь посмотрим, что будет в случае с каркасным домом. В каркасном доме 90% объема стены занимает утеплитель, в нашем случае возьмем самый экологичный материал – каменную вату на базальтовой основе. На фото мы видим, что коэффициент теплопроводности 0,038, а это в 5 раз меньше теплопроводность, чем у дерева, а с кирпичом разница аж в 15 раз.

На одной из выставок, я увидел замечательный стенд, который наши расчеты и подтверждает.
На этом стенде сравниваются: сверху дерево (клееный брус), пеноблок и каркасник.
Все материалы равной толщины. С одной стороны материал нагревается пленочным теплым полом, с другой стороны стоит термометр, который показывает уровень исходящего тепла. Конечно, качество фото оставляет желать лучшего.
Итак… смотрим на стенд с разных сторон

Смотрим на нижние показатели на градуснике, к сожалению практически не видно цифр на градуснике, поэтому я назову их сверху вниз:
Дерево – 28° С
Пеноблок – почти 30° С
Каркасная стена – 25° С

Каркасная стена забирает победную золотую медаль, это не сложно объяснить, т.к. утеплитель имеет меньшую плотность и дает большую воздушность, а значит максимально удерживает тепло.

Расход энергии на отопление, расчет расходов на отопление

Меня так же интересовала, какой будет расход тепловой энергии и сколько нужно будет затрачивать в месяц на отопление дома, с помощью электричества, хотя Россия и богата газом, к сожалению, его еще далеко не везде провели.
Давайте вместе научимся считать, сколько придется платить за электричество своего дома.
Возьмем, к примеру, дом 7*7 с высотой стен в 5 метров.

Формула расчета тепла

Расчет расхода тепла кирпичной стены

Стена у нас будет 20 см. Снаружи температура -10°, а внутри +20°, в итоге, градиент получается 30 градусов. Здесь сделали определенные допущения, что тепло выходит только из стен, нам тут важно понять сам принцип. Из прошлых расчетов, мы помним, что лямбда кирпичной стены=0,56

Итак, 0,56*21000 = 11760 (Вт), если перевести это в киловатты, то в час у нас будет уходить 11,76 кВт*ч. Считаем сколько придется платить за электричество в месяц при кирпичной стене в 20 см. и минус 10° за окном.

11,76кВт * 24часа * 30 дней * 5 (руб.кВт*ч) = 42 336 руб.мес.
Ого, какая сумма! Но слава богу, что только из кирпича никто не строит, его еще нужно утеплить снаружи и изнутри.
К примеру, стены у сталинских домов толщиной в 1 метр. При таком раскладе, нужно будет платить в 5 раз меньше – 8467 руб.мес. И это тоже очень даже не мало.

Расчет расхода тепла деревянной стены

Посмотрим, что творится с деревянной стеной, клееным брусом. Берем те, же исходные данные, толщина стены 20см. и -10° за окном.

Если мы все перемножим, то получается 13680 рублей в месяц на электроэнергию.
Мы, конечно, тут допускаем много недочетов в расчетах, но все это близко к нашим реалиям. Но мы точно выяснили, что кирпич отапливать в 3 раза дороже.

Расчет расхода тепла каркасной стены

Сейчас посмотрим, что происходит с показателями по расходам на отопление в каркасных домах.

Стена состоит на 90% из утеплителя, каменной ваты. Здесь уже расход очень даже радует, в месяц нужно затратить всего 2873 рубля. Меньше 1-го киловатта отдаем мощности. Это уже близко к расходам по квартплате. Прошу вас никогда не использовать в своих жилых домах экструдированные пенополистирол — это ядовитый утеплитель, который активно рекламируют производители открыто обманывая нас. О ядовитых свойствах этого утеплителя, я подробнее написал в предыдущем посте — Дома из СИП панелей .

Конечно, если топить газом, это будет в разы дешевле. Но история последних лет, говорит о том, что скорость увеличения цен на газ намного быстрее, чем у электричества.
Но если у вас есть возможность провести газ, то конечно, лучше отапливать газом и не нести такие существенные расходы на отопление вашего загородного дома.

Теплоемкость кирпича, дерева и каркаса. За сколько времени прогреется кирпичный, деревянный и каркасный дом?

Теплоемкость – сколько нужно потратить тепловой энергии, чтобы нагреть 1 кг вещества на 1 градус.

При нагреве воды и воздуха, уходит различное количество энергии, так они имеет различную теплоемкость.

Возьмем 3-х киловаттный обогреватель и воздух в доме можно прогреть очень быстро, но почему тогда в результате дом все равно остается холодным?

Многие об этом даже не задумываются, хотя исходя из этого параметра теплоемкости и целей использования дома, вам и нужно выбирать материал стен вашего загородного дома.

Об этом показателе поговорим в моем следующем посте. Я расскажу подробно о теплоемкости материалов стен со всеми вытекающими вычислениями, точно как я рассказал вам сегодня.

Сделать расчеты количества материалов стен можно на калькуляторе наружных стен из пеноблока, кирпича, каркаса или бруса. Заходите и читайте! Поставьте лайк, займет всего секунду вашего времени, а мне будет приятно!

3 Термины и определения

В настоящем своде правил применены термины по СП 50.13330, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 теплозащитный элемент: Отдельный участок конструкции, деталь (в основном прорезающая утеплитель), стык между различными конструкциями, влияющий на потери теплоты через конструкцию.

3.2 удельный геометрический показатель теплозащитного элемента: Средняя площадь, протяженность или количество теплозащитных элементов данного вида, приходящееся на 1 м ограждающей конструкции.

3.3 целевое сопротивление теплопередаче фрагмента ограждающей конструкции , м ·°С/Вт: Приведенное сопротивление теплопередаче, выбранное в качестве цели при проектировании конструкции.

Коэффициент теплопроводности бетона для различных видов монолита

Определяясь с видом бетона, который будет использоваться для постройки жилого дома, следует оценить, как изменяется теплопроводность монолита для разновидностей этого строительного материала. Поможет сравнить теплопроводность бетона таблица, которая охватывает характеристики всех типов бетона. Рассмотрим, как изменяется уровень теплопроводности бетонного массива, который выражается в Вт/м 2 х ºC для наиболее распространенных разновидностей материала.

Наименьшее значение коэффициента у бетонных композитов с ячеистой структурой:

• для сухого пенобетона и газонаполненного бетона величина показателя небольшая, по сравнению с другими видами. Она возрастает при повышении плотности материала. При удельном весе 0,6 т/м 3 коэффициент равен 0,14, а при плотности 1 т/м 3 уже составляет 0,31. При базовой влажности значения возрастают от 0,22 до 0,48, а при повышенной от 0,26 до 0,55;
• керамзитонаполненный бетон, в зависимости от плотности массива, также имеет различную величину коэффициента, который изменяется пропорционально возрастанию удельного веса. Так керамзитобетон с плотностью 0,5 т/м 3 имеет низкий коэффициент, равный 0,14, а при возрастании плотности до 1,8 т/м 3 параметр теплопроводности возрастает до 0,66.

Величина коэффициента определяется также используемым для приготовления бетонной смеси наполнителем:

• для тяжелого бетона плотностью 2,4 т/м 3 , содержащего щебеночный наполнитель, показатель составляет 1,51;
• бетон, где в качестве наполнителя используются шлаки, характеризуется уменьшенной величиной теплопроводности, составляющей 0,3–0,7;
• керамзитобетон, содержащий кварцевый или перлитовый песок, имеет плотность 0,8–1 и, соответственно, уровень теплопроводности, равный 0,22–0,41.

Коэффициент теплопроводности бетона

надежно теплоизолируют возводимое строение. При сооружении стен зданий из бетона, имеющего пористую структуру и пониженный уровень теплопроводности, необходим тонкий слой теплоизолятора. Применение тяжелых марок бетона требует усиленного утепления строения. Для этого укладывается толстый слой теплоизолятора. При подборе материала следует учитывать, что с возрастанием плотности увеличивается теплопроводность бетонного массива.

Коэффициент теплопроводности кирпичной кладки

Преимущество силикатной кирпичной кладки — хорошая звукоизоляция даже при выкладывании стены в один слой. Огнеупорный кирпич, идеально подходит для кладки печи, потому что способен выдерживать температуру до градусов Цельсия.

К этому подвиду принадлежат шамотный, карборундовый, магнезитовый и другие. Теплый кирпич — новинка на строительном рынке, который является модернизированным керамическим блоком, размеры и теплоизоляционные характеристики его намного превышают стандартный.

Структура с большим количеством пустот помогает аккумулировать тепло и нагревать помещение. Потери тепла возможны только в швах кладки или перегородках.

Физические величины имеют высокую значимость при выборе материала для строительства здания. Рассмотрим основные показатели, используемые в строительстве, например, чтобы разобраться, что такое удельная теплоемкость кирпича, необходимо выяснить, что представляет собой данная физическая величина.

Обратите внимание! Полнотелые кирпичи обладают довольно высоким коэффициентом теплопроводности и поэтому гораздо более экономично применение пустотелого вида. Это происходит из-за того, что воздух в пустотах обладает более низкой теплопроводностью, а значит, стены сооружения будут значительно тоньше. Инструкция о том, как рассчитать данный параметр, довольно сложна, поэтому этим лучше заниматься компаниям, имеющим опыт и соответствующие приборы для определения тех или иных показателей.

В большинстве случаев данная величина колеблется в пределах 0,,99, причём за единицу берется полностью однородная стена, не имеющая теплопроводных изъянов.

Так как современный рынок предлагает огромный выбор данного строительного материала. Рассмотрим наиболее распространенные виды. Наиболее высокую популярность и широкое распространение в строительстве на территории России имеют силикатные кирпичи.

Данный вид изготавливается путем смешения извести и песка.

Утепление здания

Дополнительная теплоизоляция строительных объектов способствует повышению их энергоэффективности. Утеплитель может располагаться изнутри и снаружи зданий.

Материал теплоизолятора крепится к стенам дюбелями и клеем, скобами и шурупами с использованием обрешетки и без. Полимерные штукатурные и пеновые смеси могут наноситься с применением армирующей сетки.

Для наружного утепления производятся сборные изделия: термоблоки, вентилируемые фасады, закрепляющиеся к стенам с помощью специальных конструкций.

Недостатки теплоизоляции штукатуркой снаружи:

1. При частой смене температуры воздуха на границе сред, образуемых элементами утеплителя и стеной, создается зона повышенной влажности. Это важно учитывать для недостаточно толстых слоев штукатурки, сделанной по металлической, стеклотканевой или полимерной сетке.
2. На 3-4 году эксплуатации отделка фасада начинает разрушаться. Раствор выдерживает в среднем около 50 циклов смены тепло-холод.
3. На здоровье проживающих в доме может плохо влиять поражение конструкций грибком и плесенью.

Разные системы теплоизоляции способны нарушить паропроницаемость конструкции. Это часто вызывает образование между слоями фасада, штукатуркой и утеплителями конденсата. Он снижает срок службы изоляции и отделки, приводит к разложению пенополистиролов с выделением ядовитых веществ.