Теплопроводность материалов стен кирпич

ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ СТЕНЫ — полнотелый силикатный кирпич 640 мм.

Теплотехнический расчёт

Теплотехнический расчет стены.

Цель теплотехнического расчета — вычислить толщину утеплителя при заданной толщине несущей части наружной стены, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям и условиям энергосбережения. Иными словами – у нас есть наружные стены толщиной 640 мм из силикатного кирпича и мы собираемся их утеплить пенополистиролом, но не знаем какой толщины необходимо выбрать утеплитель, чтобы были соблюдены строительные нормы.

Теплотехнический расчет наружной стены здания выполняется в соответствии со СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» и СНиП 23-01-99 «Строительная климатология».

Теплотехнические показатели используемых строительных материалов (по СНиП II-3-79*)

Теплоусвоения (при периоде 24 ч)

1- штукатурка внутренняя (цементно-песчаный раствор) — 20 мм

2- кирпичная стена (силикатный кирпич) — 640 мм

3- утеплитель (пенополистирол)

4- тонкослойная штукатурка (декоративный слой) — 5 мм

При выполнении теплотехнического расчёта принят нормальный влажностный режим в помещениях — условия эксплуатации («Б») в соответствии с СНиП II-3-79 т.1 и прил. 2, т.е. теплопроводность применяемых материалов берём по графе «Б».

Вычислим требуемое сопротивление теплопередаче ограждения с учетом санитарно-гигиенических и комфортных условий по формуле:

где t_в – расчётная температура внутреннего воздуха °С, принимаемая в соответствии с ГОСТ 12.1.1.005-88 и нормами проектирования

соответствующих зданий и сооружений, принимаем равной +22 °С для жилых зданий в соответствии с приложением 4 к СНиП 2.08.01-89;

t_n – расчётная зимняя температура наружного воздуха, °С, равная средней температуре наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 по СНиП 23-01-99 для г. Ярославль принимается равной -31°С;

n – коэффициент, принимаемый по СНиП II-3-79* (таблица 3*) в зависимости от положения наружной поверхности ограждающей конструкций по отношению к наружному воздуху и принимается равным n=1;

Δ t n – нормативный и температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции – устанавливается по СНиП II-3-79* (таблица 2*) и принимается равным Δ t n =4,0 °С;

α_в — коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 4*) и принимается равным α_в = 8,7 Вт/м 2 *°С.

R тр = (22- (-31))*1 / 4,0* 8,7 = 1,52

Определим градусо-сутки отопительного периода по формуле:

где t_в — то же, что и в формуле (1);

t_от.пер — средняя температура, °С, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;

z_от.пер — продолжительность, сут., периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 °С по СНиП 23-01-99;

Определим приведенное сопротивление теплопередаче Rо тр по условиям энергосбережения в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* (таблица 1б*) и санитарно-гигиенических и комфортных условий. Промежуточные значения определяем интерполяцией.

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций (по данным СНиП II-3-79*)

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций R(0) принимаем как наибольшее из значений вычисленных ранее:

R тр = 1,52 тр = 3,41, следовательно R тр = 3,41 (м 2 *°С)/Вт = R.

Запишем уравнение для вычисления фактического сопротивления теплопередаче R ограждающей конструкции с использованием формулы в соответствии с заданной расчетной схемой и определим толщину δ_x расчётного слоя ограждения из условия:

где δ_i – толщина отдельных слоёв ограждения кроме расчётного в м;

λ_i – коэффициенты теплопроводности отдельных слоев ограждения (кроме расчётного слоя) в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – для этого расчёта таблица 1;

δ_x – толщина расчётного слоя наружного ограждения в м;

λ_x – коэффициент теплопроводности расчётного слоя наружного ограждения в (Вт/м*°С) принимаются по СНиП II-3-79* (приложение 3*) – для этого расчёта таблица 1;

α_н — коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции принимается по по СНиП II-3-79* (таблица 6*) и принимается равным α_н = 23 Вт/м 2 *°С.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев.

Для наружных стен и перекрытий толщина теплоизоляционного слоя ограждения δ _x рассчитывается из условия, что величина фактического приведённого сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции R должна быть не менее нормируемого значения R тр , вычисленного по формуле (2):

Раскрывая значение R , получим:

R = 1/23 + (0,02/0,93 + 0,64/0,87 + 0,005/0,93) + δ_x/0,041 + 1/8,7

Исходя из этого, определяем минимальное значение толщины теплоизоляционного слоя

δ_{x =} 0,041*(3,41- 0,115 — 0,022 — 0,74 — 0,005 — 0,043)

Читать еще: Состав стены сайдинг утеплитель кирпич

Принимаем в расчёт толщину утеплителя (пенополистирол) δ_x = 0,10 м

Определяем фактическое сопротивление теплопередаче рассчитываемых ограждающих конструкций R , с учётом принятой толщины теплоизоляционного слоя δ_x = 0,10 м

R = 1/23 + (0,02/0,93 + 0,64/0,87 + 0,005/0,93 + 0,1/0,041) + 1/8,7

Условие R_{0 ≥} R тр соблюдается, R = 3,43 (м 2 *°С)/Вт _≥ R тр =3,41 (м 2 *°С)/Вт

Теплоизоляция (утеплитель пенополистирол с коэффициентом теплопроводности 0,041) толщиной 100 мм при толщине несущей части наружной стены из силикатного кирпича толщиной 640 мм на цементно–песчаном растворе соответствует санитарно-гигиеническим требованиям и условиям энергосбережения.

При эксплуатации стены без утеплителя «точка росы» возникает в толще стены. Стена просто отсыревает и не аккумулирует тепло. Поверхность стены в помещении при отрицательной температуре — холодная, что приводит к образованию на стене плесени и конденсата.

При эксплуатации стены с утеплителем «точка росы» не возникает в стене. В некоторых случаях — при повышении влажности внутри помещения и понижении температуры снаружи точка росы появится в утеплителе ближе к наружной стороне — со временем выветривается.

А вот что будет происходить в стене при внутреннем утеплении .

Так же вы можете выполнить самостоятельно теплотехнический расчёт онлайн

Простые правила тёплой стены

Желаемое и возможное тепло

В общем случае применяют внешнее утепление. Внутреннее не только менее эффективно, но и противопоказано для дома круглогодичного проживания. Вопрос выбора утеплителя также сложен и неоднозначен.

Расчёт теплового сопротивления стен из различных материалов

В России в настоящее время используется поэлементное нормирование сопротивления теплопередаче, то есть для каждого элемента наружных ограждающих конструкций нормами задаётся минимально допустимое значение: для стен, окон, крыш и перекрытий.

В Европейских странах и Америке принят немного другой подход к экономии тепла, по удельным теплопотерям. Его смысл в том, что выбор вида ограждающих конструкций увязан с требуемым значением удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания. Попросту говоря, нормируются затраты на отопление одного квадратного метра дома. А каким способом будет достигнута эта величина, остаётся на усмотрении застройщика. Именно поэтому, а ещё за счёт более высоких среднегодовых температур, в этих странах в моде большие площади остекления.

Однако нужно учесть, что при полном остеклении фасадов применяются специальные конструкции стен с редкими для нас системами отопления. Между наружной и внутренней стеклянной оболочкой подаётся тёплый воздух – в таком варианте и в их климате это успешно работает. Однако, в наших условиях, потери тепла непременно серьёзно возрастают и комфорт проживания в доме со стеклянными стенами довольно сомнителен. Ведь таких оконных конструкций, которые имели хотя бы приближенную к обычным стенам теплозащиту, пока не придумано.

Расчёт теплового сопротивления стен

Чтобы предельно точно, коэффициент теплопроводности показывает количество тепла, проходящее за 1 час через 1 м 2 поверхности испытуемого материала толщиной в 1 м при разнице температур поверхностей этого материала равных 1°С. Как видим, реальная толщина материала не влияет на коэффициент теплопроводности. Однако эта толщина учитывается так называемым коэффициентом теплопередачи.

Принцип расчёта следующий: исходя из климатических условий региона нормируется величина значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций R. Для климатических условий Челябинска R(м2°С/Вт) равен: для наружных стен 3,42; для чердачных перекрытий и перекрытий над неотапливаемым подвалом 4,5; для кровли 5,09. Единственное, что следует отметить, так это то, что подобные параметры в реальных условиях практически не выполняются. Так что есть, к чему стремиться.

Расчёт однослойных конструкций не представляет сложностей. Однако поскольку сегодня большинство ограждающих конструкций многослойные, требуется учесть сопротивление теплопередаче всех слоёв. Для этого требуется знать толщину и коэффициент теплопроводности каждого составляющего материала. А затем просуммировать все вычисленные значения. Можно не учитывать слои внутренней и наружной штукатурок, так как доказано, что тонкие слои материала с высоким коэффициентом теплопроводности на тепловое сопротивление конструкций заметного влияния не оказывают.

Характеристики теплопроводности разных видов кирпича

1 Краткое описание закона Фурье
2 Уровень показателя силикатных изделий
3 Величина показателя красного кирпича
4 Заключение

Водостойкость, морозоустойчивость, теплопроводность кирпича, а также другие характеристики этого материала делают его прочным и долговечным. Данный вид строительной продукции способен выдержать не только сильные нагрузки, но и долгое испытание временем в процессе эксплуатации конструкции.

Удержание тепла в доме зависит от материала стен. Кирпичные стены удерживают тепло на хорошем уровне.

Возможность материала пропускать через себя тепло независимо от температурных изменений, которым подвергается кирпич, — теплопроводность. Она, как и другие полезные свойства изделия, делает этот материал одним из лучших видов строительной продукции.

Читать еще: Стена кирпича под расшивку

Краткое описание закона Фурье

Теплопроводность, как и водопоглощение или морозостойкость кирпича, играет очень важную роль при выборе строительного материала, необходимого для возведения несущих стен, каких-либо облицовочных работ, кирпичной кладки при устройстве межкомнатных перегородок. Изделие не только позволяет создать неповторимый стиль, но и обеспечивает тепло и уют в доме. Этот фактор является важным при его выборе.

Закон Фурье при расчете теплопроводности.

Показатели, позволяющие анализировать тепловой поток, находятся под влиянием различных температур. Это объясняется постепенным переходом тепловой энергии из горячего состояния в холодное. Если температура довольно высокая, то данный процесс можно наблюдать открыто. При высокоинтенсивной передаче тепла наблюдается градация в уровне температур.

Чтобы глубже исследовать теплопроводность и тепловой поток, учитывая площадь поперечного сечения, ученый Фурье открыл закон, который показывает, по каким причинам материалы способны прекрасно задерживать тепло, улучшая свою изоляцию. Степень переноса теплоты может быть обозначена специальным коэффициентом (КТ) — λ.

Значение тепловой энергии измеряется в таких единицах, как ватт, сокращенно Вт. Этот показатель способен уменьшать свой уровень на 1°С в результате прохождения расстояния в 1 мм при температурном различии. В процессе лабораторных исследований Фурье было обнаружено, что чем меньше коэффициент теплопроводности, тем выше уровень сохранения тепла строительным материалом, поэтому его можно отнести к более теплому.

Данный показатель, который важен в строительстве, в наибольшей степени обусловлен плотностью строительной продукции. Если уровень значения плотности материала понижается, это приводит к снижению его теплового показателя. Для плотных тяжелых экземпляров характерно повышенное значение коэффициента.

Если строительный материал обладает более легким весом и меньшей прочностью, то его величина является небольшой. Коэффициент, который зависит от плотности строительного материала, находится под влиянием таких характеристик, как водопоглощение кирпича и его морозостойкость.

Уровень показателя силикатных изделий

Сфера применения силиката зависит от его качественных характеристик. Сюда входят теплопроводность, водопоглощение и морозостойкость кирпича. Силикат обладает повышенной склонностью к водопоглощению, поэтому он не используется при кладке фундаментов, подвалов или цоколей, так как эти сооружения имеют высокий уровень влажности.

Сухой силикатный материал обладает теплопроводностью (Т), составляющей 0,8 Вт/м*К. Керамические изделия имеют более высокую величину данного параметра, поэтому Т кладки сооружений из них составляет 0,9 Вт/м*К, что на 0,2 Вт/м*К больше, чем в первом случае. Показатель, составляющий 0,35-0,70 Вт/(м°С), а также средняя плотность сухого силикатного кирпича находятся в линейной зависимости, поэтому данная величина не зависит от количества и расположения пустот.

Силикатные изделия имеют значение теплового показателя переноса энергии меньше, чем керамические, поэтому они применяются для отделки фасадов. Для получения теплоэффективных стен применяется многопустотный силикатный кирпич, а также камень. Их плотность не более 1450 кг/м³. Эффект достигается только при аккуратном ведении кирпичной кладки, предполагающей использование нежирного кладочного раствора, который наносится тонким слоем и имеет плотность не более 1800 кг/м³. Раствор не должен заполнять пустоты в изделии.

Величина показателя красного кирпича

Для полнотелого красного кирпича характерна самая низкая способность к сохранению тепла, составляющая 0,6-0,8 Вт/м*К. По этой причине возводить энергоэкономичные сооружения целесообразно из пустотелых изделий. Их показатели теплопроводности намного ниже и составляют около 0,56 Вт/м*К.

Теплопроводность кирпича зависит не только от производственной технологии. Этот показатель находится в зависимости от множества факторов: влажности, объемного веса, пористости (размера пор материала). Достаточная плотность и пустотность этого изделия, составляющая 40-50%, соответствует показателю Т, равному 0,2-0,3 Вт/м*К. При этом толщина стен должна быть значительно меньше, чем в постройках из силиката.

Коэффициент теплопроводности, единица измерения которого исчисляется в ваттах, определяет количество тепла, способного проникнуть через кирпичную стену, имеющую метровую толщину.

Разница температуры должна составлять в 1°C по обе стороны стены. Чем выше данное значение, тем хуже характеристики коэффициента.

Наиболее важным свойством шамотного кирпича является тепловой эффект, что следует учитывать в процессе кладки печей и каминов. Чтобы обеспечить тепло в жилье, необходимо выбирать строительные материалы, обладающие низким коэффициентом теплопроводности, единицей измерения которого являются Вт/м°С или Вт/м*К.

Заключение

Показатель указывает на то, до какой степени может сохраняться тепло кирпичных стен сооружения. Это свойство объясняет, как данный материал не только проводит, но и передает тепло. Определить этот показатель можно с помощью коэффициента теплопроводности кирпича, который был получен на основе лабораторных исследований ученых.

Читать еще: Как выкрасить стену под кирпич

Теплопроводность кирпича, сравнение кирпича по теплопроводности

Рассмотрена теплопроводность кирпича различных видов (силикатного, керамического, облицовочного, огнеупорного). Выполнено сравнение кирпича по теплопроводности, представлены коэффициенты теплопроводности огнеупорного кирпича при различной температуре — от 20 до 1700°С.

Теплопроводность кирпича существенно зависит от его плотности и конфигурации пустот. Кирпичи с меньшей плотностью имеют теплопроводность ниже, чем с высокой. Например, пеношамотный, диатомитовый и изоляционный кирпичи с плотностью 500…600 кг/м 3 обладают низким значением коэффициента теплопроводности, который 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). Значение коэффициента теплопроводности кирпича указанных типов может существенно отличатся.

Керамический кирпич. Производится из высококачественной красной глины, составляющей около 85-95% его состава, а также других компонентов. Такой кирпич изготавливают путем формовки, сушки и обжига, при температуре около 1000 градусов Цельсия. Теплопроводность керамического кирпича различной плотности составляет величину 0,4…0,9 Вт/(м·град).

По сфере применения керамический кирпич подразделяется на рядовой строительный, огнеупорный и лицевой облицовочный. Лицевой декоративный (облицовочный) кирпич имеет ровную поверхность и однородный цвет и применяется для облицовки зданий снаружи. Теплопроводность облицовочного кирпича равна 0,37…0,93 Вт/(м·град).

Силикатный кирпич. Изготавливается из очищенного песка и отличается от керамического составом, цветом и теплопроводностью. Теплопроводность силикатного кирпича немного выше и находится в интервале от 0,4 до 1,3 Вт/(м·град).

Сравнение кирпича по теплопроводности при 15…25°С

Кирпич	Плотность, кг/м 3	Теплопроводность, Вт/(м·град)
Пеношамотный	600	0,1
Диатомитовый	550	0,12
Изоляционный	500	0,14
Кремнеземный	—	0,15
Трепельный	700…1300	0,27
Облицовочный	1200…1800	0,37…0,93
Силикатный щелевой	—	0,4
Керамический красный пористый	1500	0,44
Керамический пустотелый	—	0,44…0,47
Силикатный	1000…2200	0,5…1,3
Шлаковый	1100…1400	0,6
Керамический красный плотный	1400…2600	0,67…0,8
Силикатный с тех. пустотами	—	0,7
Клинкерный полнотелый	1800…2200	0,8…1,6
Шамотный	1850	0,85
Динасовый	1900…2200	0,9…0,94
Хромитовый	3000…4200	1,21…1,29
Хромомагнезитовый	2750…2850	1,95
Термостойкий хромомагнезитовый	2700…3800	4,1
Магнезитовый	2600…3200	4,7…5,1
Карборундовый	1000…1300	11…18

Теплопроводность кирпича также зависит от его структуры и формы:

Пустотелый кирпич — выполнен с пустотами, сквозными или глухими и имеет меньшую теплопроводность в сравнении с полнотелым изделием. Теплопроводность пустотелого кирпича составляет от 0,4 до 0,7 Вт/(м·град).
Полнотелый — используется, как правило, при основном строительстве несущих стен и конструкций и имеет большую плотность. Полнотелый силикатный и керамический кирпич в 1,5-2 раза лучше проводит тепло, чем пустотелый.

Печной или огнеупорный кирпич. Изготавливается для эксплуатации в агрессивной среде, применяется для кладки печей, каминов или теплоизоляции помещений, которые находятся под воздействием высоких температур. Огнеупорный кирпич обладает хорошей жаростойкостью и может применяться при температуре до 1700°С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича при высоких температурах увеличивается и может достигать значения 6,5…7,5 Вт/(м·град). Более низкой теплопроводностью в сравнении с другими огнеупорами отличается пеношамотный и диатомитовый кирпич. Теплопроводность такого кирпича при максимальной температуре применения (850…1300°С) составляет всего 0,25…0,3 Вт/(м·град). Следует отметить, что теплопроводность шамотного кирпича, который традиционно применяется для кладки печей, — выше и равна 1,44 Вт/(м·град) при 1000°С.

Теплопроводность огнеупорного кирпича в зависимости от температуры

Кирпич	Плотность, кг/м 3	Теплопроводность, Вт/(м·град) при температуре, °С
Кирпич	Плотность, кг/м 3	20	100	300	500	800	1000	1700
Диатомитовый	550	0,12	0,14	0,18	0,23	0,3	—	—
Динасовый	1900	0,91	0,97	1,11	1,25	1,46	1,6	2,1
Магнезитовый	2700	5,1	5,15	5,45	5,75	6,2	6,5	7,55
Хромитовый	3000	1,21	1,24	1,31	1,38	1,48	1,55	1,8
Пеношамотный	600	0,1	0,11	0,14	0,17	0,22	0,25	—
Шамотный	1850	0,85	0,9	1,02	1,14	1,32	1,44	—

Физические величины. Справочник. А. П. Бабичев, Н. А. Бабушкина и др.; под ред. И. С. Григорьева — М.: Энергоатомиздат, 1991 — 1232 с.
В. Блази. Справочник проектировщика. Строительная физика. М.: Техносфера, 2004.
Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с. строительной физики, 1969 — 142 с.
Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977 — 344 с.
Казанцев Е. И. Промышленные печи. Справочное руководство для расчетов и проектирования.
Х. Уонг. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник. М.: Атомиздат. 1979 — 212 с.
Чиркин В. С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник.

голоса

Рейтинг статьи