Новости и статьи про ремонт и строительство

Теплопроводность сосны характеризует способность к передаче тепла  от одних участков древесины к другим, способность сберегать в домах из нее построенных тепло зимой, прохладу летом, и является одной из важнейших ее строительных характеристик.

В нашей стране сосна является одной из наиболее распространенных пород дерева, характеризующейся высокой скоростью роста до 0,8 – 1,0 метра в год, сроком жизни 300 – 500 лет. Высота  ее как правило составляет 20 – 40 м. Наиболее плотная и прочная, наиболее подходящая для строительства  древесина у сосны, произрастающей на севере европейской части нашей страны. Древесина у сосны, растущей за Уралом, в средней и южной полосе России более рыхлая.

Усредненная плотность сосны 500 кг/м3. Средняя плотность при стандартной влажности 12% – 505 кг/м3. Средняя плотность сухой древесины составляет 480 кг/м3. В этом состоянии ее теплопроводность поперек волокон составляет 0,09 Вт/м*К, вдоль волокон 0,18 Вт/м*К. При этом, чем выше ее плотность, тем выше и теплопроводность.

Но вышеприведенные цифры относятся к теплопроводности в сухом состоянии, в реальных же эксплуатационных условиях она как правило выше и зависит от влажности, от того в какой зоне древесина эксплуатируется. В соответствии со СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника» местности подразделяются  по влажности на 3 зоны: на сухую, нормальную и влажную. Так в нормальной зоне теплопроводность древесины сосны поперек волокон в условиях эксплуатации составляет 0,18 Вт/м*К.

Также различается и ее паропроницаемость, которая составляет поперек волокон 0,06 Мг/м*ч*Па, вдоль волокон 0,32 Мг/м*ч*Па.

Наиболее сильное влияние на теплопроводность оказывает влажность древесины. Теплопроводность воды составляет в стандартных условиях при атмосферном давлении и температуре окружающего воздуха 20°С 0,60 Вт/м*К. Теплопроводность воздуха составляет 0,026 Вт/м*К. Соответственно, более влажная древесина, поры которой заполнены водой, имеет более высокую теплопроводность, чем сухая, в порах которой находится воздух.

Теплопроводность сосновых досок в среднем в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок. При этом теплопроводность влажных и утрамбованных опилок значительно выше, чем теплопроводность сухих и рыхлых. Поэтому при использовании их в качестве утеплителя важно обеспечить надежную гидроизоляцию и не допускать их переуплотнения.

Теплопроводность строительных материалов является определяющей при подготовке к строительству жилых домов. Правильный выбор – гарантия тепла и комфорта, здорового микроклимата в Вашем доме.

Радиатор отопления

Теплопроводность материалов характеризует их способность передавать тепло (внутреннюю энергию) от более теплых их участков к более холодным, или от более теплых материалов к более холодным.

Это одна из самых важных характеристик, с которой мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни. К примеру, если мы попробуем снять только что закипевший чайник с плиты, ухватившись за металлическую часть его ручки, то рискуем получить ожог – металлы имеют, как правило, высокую теплопроводность. Если же возьмемся за пластиковую часть его ручки, этого не произойдет. Рукоятки для посуды изготавливают из материалов с низкой теплопроводностью.

Если зимой мы выйдем на улицу, обувшись в валенки, наши ноги будут ощущать комфортное тепло – это обусловлено низкой теплопроводностью шерсти, из которой валяют валенки и воздуха, заполняющего их поры. Но стоит нечаянно наступить в воду, промочив их, и ноги на морозе замерзнут, так как вода, заполнившая при этом поры в валенках, имеет значительно более высокую теплопроводность, чем вытесненный ею воздух.

Мы часто ощущаем, что одни вещи на ощупь более теплые, другие более холодные, хотя они находятся в одном и том же помещении и имеют одинаковую температуру. Дело в том, что когда мы касаемся материала с низкой теплопроводностью, к примеру, шерстяного свитера, тепло нашего тела нагревает его поверхность, практически не распространяясь через него дальше. Это тепло мы и ощущаем. Если же мы касаемся предмета с высокой теплопроводностью, например куска железа, то тепло уходит сквозь него, понижая температуру его поверхности до температуры окружающего пространства. Но это происходит тогда, когда температура окружающей нас среды ниже температуры нашего тела. Если же наоборот, например, в условиях парилки в жарко натопленной бане, то тот же кусок железа мы будем ощущать горячим, в отличие от деревянного полка, имеющего более низкую теплопроводность. Хотя и там температура почти всех находящихся рядом предметов также практически одинакова.

Таким образом, материалы с низкой теплопроводностью одинаково эффективно защищают и от холода, и от жары. Такие материалы хороши для изготовления одежды, для строительства внешних конструкций жилых домов и т.д.

Для изготовления систем отопления наоборот хороши материалы с высокой теплопроводностью, способные легко передавать энергию теплоносителя – пара или горячей воды, внутрь дома, обогревая его. Изготовленные из таких материалов сковороды и кастрюли позволяют быстро обжарить продукты и сварить пищу.

Величина теплопроводности в численном виде определяется коэффициентом теплопроводности. Самый низкий коэффициент теплопроводности имеет вакуум, который по величине приближается к нулю. Самый высокий имеет недавно созданный материал нового поколения – графен. Его коэффициент теплопроводности равен 5000 Вт/м*К.

Графен — материал будущего

Коэффициент теплопроводности материалов является одной из важнейших характеристик, влияющих на сферу их использования в тех или иных отраслях.

Теплопроводностью называют процесс переноса внутренней энергии от более нагретых тел или частей тела к менее нагретым телам или частям тела.

Коэффициент теплопроводности  – это величина, характеризующая теплопроводящие свойства материалов, которая определяется плотностью теплового потока, проходящего за единицу времени через единицу площади  материала при разности температур в один градус.

Самый низкий коэффициент теплопроводности у вакуума. У абсолютного вакуума он равен нулю, Но как правило,  даже в космосе в межпланетном пространстве имеется некоторое количество материальных частиц, хотя и в очень низкой концентрации. Конечно и в этих условиях, когда теплопроводность близка к нулю, передача тепла также происходит, но только уже за счет излучения.  Таким путем передается к земле и другим планетам тепло от солнца. По этой причине, для лучшей теплоизоляции используют материалы, способные хорошо отражать излучение, при утеплении помещений – прокладывают слой алюминиевой фольги, при изготовлении термосов – серебрят стенки колбы и т.д.

Низкий коэффициент теплопроводности также у воздуха – 0,026 Вт/м*К (при Т=300°К, давлении 100 кПа). По этой причине материалы, имеющие высокую пористость, как правило имеют гораздо более низкий коэффициент теплопроводности, чем основной, составляющий их материал. Исключение могут составлять материалы, состоящие из материалов с изначально более низким, чем у воздуха коэффициентом теплопроводности. Это свойство широкое используется при создании различных теплоизоляционных материалов, хорошие  теплосберегающие свойства которых как правило связаны с их высокой пористостью (минеральная вата, пенопласт, ячеистый бетон и т.д.).
Более высокий коэффициент теплопроводности воды (в среднем 0,6 Вт/м*К) приводит к тому, что при насыщении водой, при замещении в порах воздуха на воду, коэффициент теплопроводности сразу сильно возрастает. Хорошим примером этому может служить промокшая одежда, согреться в которой трудно.

Самый высокий коэффициент теплопроводности из всех известных материалов (5000 Вт/м*К) имеет графен, недавно созданный перспективный для использования в первую очередь в наноэлектроннике уникальный материал – являющийся двумерной модификацией углерода, образованной слоем атомов углерода толщиной в один атом. Заметно меньший, но тем не менее очень высокий коэффициент теплопроводности у алмаза (1001-2600 Вт/м*К). У их родственника по химическому составу графита коэффициент теплопроводности вообще способен меняться в очень широких пределах: от  278 до 2435 Вт/м*К, в зависимости от марки графита, слоистости (коэффициент теплопроводности по направлению слоистости значительно выше, чем перпендикулярно ей) и температуры.

Высокие значения теплопроводности у металлов. У серебра коэффициент теплопроводности 430 Вт/*м*К, у меди – 382-390, у золота – 320, у алюминия – 202-236, у хрома – 93,7, у железа – 92, у олова – 67 Вт/м*К. Причем у сплавов как правило теплопроводность ниже, чем у чистых металлов. Широко меняется теплопроводность у различных видов сталей (сплав железа с углеродом, часто также и с многочисленными другими добавками) в зависимости от содержания углерода и количества и состава прочих присадок.

Использование тех или иных материалов достаточно сильно связано с их теплопроводностью. Например, в системах отопления или при производстве сварочных работ необходима высокая теплопроводность материалов, чтобы быстро и без больших потерь передавать тепло от источника нагрева. При строительстве же дома желательно, чтобы теплопроводность внешних ограждений: крыша, стены, окна и т.д., была низкой. Тогда в холодную погоду дом будет лучше сберегать тепло, а в жаркую сохранять прохладу.

Работы по осушению участка

Теплопроводность  грунта это способность грунта проводить тепло. Оценивается теплопроводность коэффициентом теплопроводности – представляющим собой количество тепла проводимого за единицу времени грунтом через единицу площади при температурном градиенте, равном единице. Измеряться может в различных системах измерений в Вт/м*К, Вт/м*°С, кал/см.с°С, ккал/см.с°С или эрг/см.с°С. Обратная величина коэффициента теплопроводности – удельное тепловое сопротивление, характеризует степень сопротивления грунтов передаче тепла.

Определяется теплопроводность грунта соотношением твердой, жидкой и газообразной фаз, химико-минералогическим составом, структурой и текстурой пород, влажностью, температурой, агрегатным состоянием воды.

Теплопроводность грунта  зависит от его пористости, от того, насколько грунт уплотнен. Объясняется это просто. Если коэффициент теплопроводности большинства минералов, составляющих грунты, колеблется в пределах от 1 до 9 Вт/м*К, то коэффициент теплопроводности воздуха составляет только 0,026 Вт/м*К. Более низкий коэффициент теплопроводности разве что у некоторых газов, ну и естественно в вакууме, там он вообще равен нулю. Поэтому увеличение пористости грунтов в сухом состоянии приводит к уменьшению коэффициента теплопроводности, а его уплотнение к увеличению. Так усредненный коэффициент теплопроводности сухого не утрамбованного грунта будет составлять 0,4 Вт/м*К, а такого же грунта, но только утрамбованного – 1,05 Вт/м*К.

Теплопроводность грунта в значительной степени зависит от его влажности. Это связано с тем, что теплопроводность воды составляет 0,6 Вт/м*К. При увеличении влажности происходит замещение в порах воздуха на воду, соответственно увеличивая его теплопроводность.

При промерзании влажного грунта снова происходит значительное увеличение его теплопроводности, тем более сильное, чем выше его влажность. Дело в том, что коэффициент теплопроводности льда значительно выше, чем коэффициент теплопроводности воды, и составляет 2,33 Вт/м*К. Изменения теплопроводности сухих грунтов после промерзания практически не происходит.

Теплопроводность также зависит от гранулометрического состава. Грунты с более высоким содержание крупных и грубых частиц, гальки и валунов, имеют и более высокую теплопроводность при условии одинаковой влажности.  Разница может составлять до 50%. Это связано с тем, что более тонкодисперсные грунты имеют большую пористость, большее количество неплотных контактов между частицами, имеющих более низкую теплопроводность.

Осадочным и метаморфическим породам свойственна анизотропия. У большей части таких пород коэффициент теплопроводности вдоль напластования выше на 10 – 30%, чем перпендикулярно ему.

В процессе производства строительных работ, в частности при проектировании строительства коммуникаций, во избежание возникновения аварийных ситуаций, экономически неоправданного перерасхода средств при строительстве или дальнейшей эксплуатации, необходимо учитывать теплотехнические свойства грунтов, в том числе и его теплопроводность.