Bitex-ru.ru

Стройматериалы Биттекс
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Теплопроводность древесины. Теплотехника деревянных домов

Теплопроводность древесины. Теплотехника деревянных домов

23 ноября 2020

Рубленный дом Киров

В любом здании внутренняя и внешняя поверхности нагреваются различно. В результате от точки большего нагрева к точке меньшего нагрева начинается поток тепла. Передача тепла в разных материалах происходит по-разному. На это влияет такое свойства материалов как теплопроводность.

В рамках строительства домов при рассмотрении вопроса теплопроводности, потери тепла, когда стены имеют ровную поверхность, условно принимают передачу тепла как прямой, а не хаотичный поток. При этом и температура рассматривается не поверхности материала, а температуры внутри помещения и снаружи.

Рассмотрим особенности теплопроводности и потери тепла в деревянных домах.

Древесина как строительный материал

Неоднократно уже указывалось в наших статьях, что строительный материал изначально, впрочем, часто и сейчас, привязывался к регионам строительства. Вполне естественно, что в России основным строительным материалом стала древесина разных пород деревьев с учетом места их произрастания.

В местах отсутствия леса, например, в степных районах, таким строительным материалом становился саман — смесь глины с соломой (именно эта идея лежит в изготовлении современного арболита). В местах выхода скалистых пород строительным материалом мог становиться натуральный камень. В первую очередь известняк, так как он легче поддавался обработке.

Но даже при наличии других строительных материалов предпочтение часто отдавалось древесине. Более того, происходит это и в настоящее время даже при условии наличия развитой транспортной сети и грузоперевозок строительных материалов.

Теплопроводность древесины

Строительство домов из дерева ведется как в отношении маленьких дачных домиков, небольших домов для постоянного проживания или загородного отдыха, так и в отношении больших коттеджей. Одним из важнейших факторов является достаточно низкая теплопроводность древесины. Сравним данные на конкретных примерах.

* Данные из СНиП II-А.7-62 Строительная теплотехника и СНиП II-3-79 Строительная теплотехника

Строительный материалПлотность, кг/м3Теплопроводность, Вт/(м*град)Теплоемкость, Дж/(кг*град)
Бетон на гравии или щебне из камня*24001,51840
Бетон на песке1800..25000,7710
Блок газобетонный400. 8000,15. 0,3
Блок керамический поризованный0,2
Газо- и пенобетон*8000,21840
Известняк (облицовка)*1400 — 20000,49 — 0,93850 — 920
Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией*12000,41840
Керамзитобетон легкий500 — 12000,18 — 0,46
Керамзитобетон на керамзитовом песке*18000,66840
Керамика теплая0,12
Кирпич красный плотный1700 — 21000,67840 — 880
Кирпич красный пористый15000,44
Кирпич облицовочный18000,93880
Кирпич силикатный1000 — 22000,5 — 1,3750 — 840
Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе*18000,56880
Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе*1200 — 16000,35 — 0,47880
Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе*18000,7880
Ракушечник1000 — 18000,27 — 0,63

Теплопроводность и другие свойства древесины разных пород деревьев

Строительный материалПлотность, кг/м3Теплопроводность, Вт/(м*град)Теплоемкость, Дж/(кг*град)
Берёза510..7700,151250
Дуб вдоль волокон*7000,232300
Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)*7000,12300
Кедр500 — 5700,095
Клён620 — 7500,19
Липа, (15% влажности)320 — 6500,15
Лиственница6700,13
Пихта450 — 5500,1 — 0,262700
Сосна и ель вдоль волокон*5000,182300
Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)*5000,092300
Сосна смолистая 15% влажности600 — 7500,15 — 0,232700
Тополь350 — 5000,17

Если сравнить показатели в таблицах, то хорошо видно, что теплопроводность древесины ниже теплопроводности многих стеновых материалов. Лишь некоторые современные материалы приближаются, поэтому показатель с деревом (в таблицу не выведены данные по утеплителям, т.к. это не конструктивный материал, который будет рассмотрен в отдельной статье).

Потоки тепла в брусовом и бревенчатом доме

Потоки тепла в брусовом и бревенчатом доме

Изменение требований к теплосопротивлению ограждающих конструкций: слева R

При сравнении разных видов пород необходимо отметить, что на показатель теплопроводности древесины оказывает влияние её плотность и влажность. Плотность одной и тоже породы дерева может зависеть от места произрастания. По этой причине в таблице местами указаны несколько показателей.

Одной из самых «теплых» пород деревьев является кедр. Его коэффициент теплопроводности составляет 0,095 Вт/(м*С). Дом, построенный из кедра, будет очень хорошим вложением, так как позволит экономить на отоплении.

Ель также является хорошим решением для строительства в плане экономии на отоплении. Схожа с елью пихта, но только при условии, что нет повышенной смолистости. Именно смолистость сосны и её плотность отодвигает её на следующую позицию.

Плотность деревьев, особенно хвойных, очень зависит от места их произрастания, а это сказывается на теплопроводности. Показательным примером является именно сосна.

Так в северных районах России, например, Астраханская область, которая славится мачтовыми соснами с малой сбежестью ствола, годовой прирост у сосны не большой, древесина плотная. В Вологодской области часто предпочитают строить из ели, а не из сосны. В то же время в южной тайге сосна имеет резкий прирост летом с древесиной меньшей плотности. В результате теплопроводность такой сосны ниже, но и сбежесть больше.

В строительстве закрепилась практика применения для расчетов усредненного коэффициента теплопроводности для деревянных домов на основе средних данных по сосне, то есть 0,15 Вт/(м* 0 С). В действительности, если рассматривать сухую древесину, то коэффициент теплопроводности составит 0,11 — 0,13 для ели, пихты, сосны и лиственницы и менее 0,1 Вт/(м* 0 С) для кедра. Эти показатели сопоставимы, например, с газосиликатным блоком автоклавного производства.

Толщина стены из дерева

С учетом коэффициента теплопроводности 0,11 — 0,13 1 Вт/(м* 0 С) и сопротивления теплопередаче для средней полосы европейской части России равной 3 м2* 0 С/Вт. Таким образом, толщина стены должна равняться 0,11*3=0,33 метра или 0,13*3=0,39 метра. С учетом этих показателей и применяется усредненный вариант толщины стены для сосны 37 см. Это норма для энерго- и теплосберегающих условий.

Для нас привычно, что стена в доме ровная, плоская. Учитывая тот факт, что тепло передается благодаря хаотичному движению частиц, но в условиях плоской стены можно говорить о прямолинейной передаче тепла от зоны с высокой температурой в зону с низкой. В условиях со стеной из бруса и лафета для энергоэффективного дома потребуется толщина стены 37 см.

Но в условиях с бревном ситуация будет выглядеть иначе. Закругленная поверхность «создаст» разнонаправленные векторы передачи тепла. В результате чего за толщину стены необходимо принимать диаметр бревна, а не его половину по самому узкому месту. Зону межвенцового паза или, как еще называют, теплового моста можно рассматривать как «мостик холода» аналогично раствору в кирпичной кладке.

Потоки тепла в брусовом и бревенчатом доме

Иными словами, в случае строительства дома из бревна, он должен строиться из бревна диаметром 37 см.

Здесь необходимо заметить, что толщина стены это только одно из условий энергоэффективности. Существует еще и понятие допустимых к эксплуатации условий когда, например, рассматривается температура помещений не 24 0 С, а 18 — 20 0 С.

Кроме этого возможна ситуация, когда строительство энергоэффективного дома оказывается нерациональным с учетом стоимости строительство и дальнейшего ремонта, расход на которые может оказаться выше экономии на отоплении. Если же посмотреть СНиП 30-ти летней давности, то выяснится, что достаточной была толщина стены из дерева в 2 — 3 раза тоньше.

Строить дом с большей толщиной стены и меньше тратить на отоплении или построить дом дешевле, но на отоплении тратить больше — это вопрос, на который каждый должен ответить для себя лично. Проектирование дома должно вестись с учетом ответа на этот вопрос.

Понятие теплопроводности

В общих чертах процесс теплопроводности характеризуется передачей тепловой энергии от более нагретых частиц твердого тела к менее нагретым. Процесс будет идти до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. Другими словами, пока не сравняются температуры.

Коэффициент теплопроводности кирпичей

Коэффициент теплопроводности кирпичей.

Применительно к ограждающим конструкциям дома (стены, пол, потолок, крыша) процесс теплопередачи будет определяться временем, в течение которого температура внутри помещения сравняется с температурой окружающей среды.

Чем более продолжителен по времени будет этот процесс, тем помещение будет более комфортным по ощущениям и экономичным по эксплуатационным расходам.

Численно процесс переноса тепла характеризуется коэффициентом теплопроводности. Физический смысл коэффициента показывает, какое количество тепла за единицу времени проходит через единицу поверхности. Т.е. чем выше значение этого показателя, тем лучше проводится тепло, значит, тем быстрее будет происходить процесс теплообмена.

Соответственно, на этапе проектных работ необходимо спроектировать конструкции, теплопроводность которых должна иметь по возможности наименьшее значение.

Дома «из утеплителя»

К домам из утеплителя можно отнести дома из СИП панелей, каркасные дома. Силовой каркас таких домов изготавливается из дерева, а 80-90% стен состоит из утеплителя: в домах из СИП панелей – это пенополистирол, в каркасных домах – это минеральная вата.

Дома из утеплителя обычно удовлетворяют требованиям по сопротивлению теплопередаче в сибирском регионе: для домов из СИП панелей толщина пенополистрола (ПСБ-С-25) для стен должна быть больше 143 мм, для каркасных домов толщина минеральной ваты (45-75кг/м3) должна быть больше 133 мм.

Главный плюс данных домов – высокая скорость строительства и, так как отсутствуют «мокрые процессы», возможность круглогодичного строительства. Дома из утеплителя обычно возводят на быстромонтируемых фундаментах (на винтовых или на забивных сваях).

К минусам домов из СИП панелей относится их повышенная пожароопасность . Пенополистирол (ПСБ-С-15, ПСБ-С-25, ПСБ-С-35), из которого состоит СИП панель и который выполняет роль утеплителя, имеет наивысший класс пожарной опасности КМ5 (Г3, В2, Д3) и по токсичности продуктов горения относится к высокоопасным (Т3), дымовыделение токсичных веществ в 36 раз больше по объёму чем у древесины. Несмотря на то, что Пенополистирол имеет характеристику С-самозатухающий, его запрещено использовать в качестве наружного утепления в многоэтажном строительстве, без противопожарных разрывов из минеральной ваты. Проблема повышенной пожароопасности СИП панелей частично решается обшивкой гипсокартонными листами (ГКЛ), гипсоволоконными плитами (ГВЛ) или оштукатуриванием, но все же наличие огнетушителей и пожарных выходов не помешает.

Каркасные дома нельзя строить из досок естественной влажности , так как древесина, запертая между пароизоляционными и ветрозащитными пленками может покрыться грибком или плесенью, а также после усушки древесины могут образоваться щели и, соответственно, мостики холода до 1см по всем каркасным стенам.

При строительстве каркасного дома надо очень внимательно контролировать процесс утепления стен, сборки каркаса, монтажа пароизоляционных пленок, очень много скрытых работ, которые проявятся уже в процессе эксплуатации дома. Например, некачественная укладка утеплителя в стены в итоге обернется сквозными отверстиями из теплого дома прямо на улицу.

Рассмотрим плюсы и минусы стен «из утеплителя»:

  • Быстровозводимость (коробку дома в 100 квадратных метров одна бригада может возвести за 4 недели)
  • Круглогодичное строительство (отсутствие «мокрых процессов» позволяет вести строительство почти в любые морозы)
  • Соответствие требованиям по тепловому сопротивлению (качественно собранные дома из утеплителя полностью соответствуют требованиям по тепловому сопротивлению ограждающей конструкции)
  • Быстровозводимые фундаменты (дома из утеплителя часто собираются на винтовых или на забивных сваях, которые монтируются за несколько дней)
  • Много скрытых работ (необходим постоянный контроль процесса утепления стен, сборки каркаса, правильной разводки коммуникаций)
  • Низкая шумоизоляция (малый вес конструкций стен и перегородок оборачивается очень низкой звукоизоляцией, топот и хлопанье дверей будет слышно по всему дому)
  • Тепличный микроклимат в доме (так как утеплитель в стенах надо обязательно пароизолировать, то без системы принудительной вентиляции в доме возможно повышение влажности и образование плесени)
  • Живность в стенах (в стенах домов из утеплителя часто поселяется различная живность от муравьев до пчёл и мышей)
  • Быстрая потеря ликвидности (через 10-20 лет дома из утеплителя очень сложно продать, так как сложно спрогнозировать оставшийся ресурс утеплителя в стенах и долговечность фундамента)

Коэффициент сопротивления теплопередачи

Поскольку коэффициент теплопроводности не связан с толщиной материала, его практическое использование затруднительно. Поэтому на практике широко используется обратный параметр – коэффициент сопротивления теплопередачи. Он рассчитывается как отношение толщины материала к его коэффициенту теплопроводности. Требования к данному параметру при строительстве жилых зданий значатся в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.

В зависимости от региона, в котором планируется строительство дома, рекомендованные значения коэффициента сопротивления теплопередачи материала могут быть различными:

РегионРекомендуемое тепловое сопротивление стен (min), м2*С/Вт
Якутск, Воркута5,6
Хабаровск, Чукотка, Камчатка4,9
Новосибирск, Магадан4,2
Москва, Санкт-Петербург, Красноярский край, Владимир, Алтай3,5
Волгоград, Белгород2,8
Астрахань, Ставрополь2,1
Сочи2,0

Для расчета термического сопротивления стены из конкретного материала нужно разделить толщину стены на коэффициент теплопроводности материала, из которого она сделана. Таким образом, для расчета рекомендуемой толщины стен нужно умножить коэффициент теплопроводности на значение теплового сопротивления. Выходит, что при строительстве дома из клееного бруса в Подмосковье или Санкт-Петербурге рекомендуемая толщина стен составляет 350 мм.

В действительности дома и коттеджи из клееного бруса с толщиной стен от 200 мм не нуждаются в дополнительном утеплении и стойко выдерживают даже сильные морозы на севере нашей страны. Дополнительное утепление может потребоваться стенам дачных домов и других сооружений, выполненных из клееного бруса с меньшей толщиной.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

  • стены – 30%;
  • крышу – 30%;
  • двери и окна – 20%;
  • полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

    . При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
  1. Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Коэффициент теплопроводности марки D500

Газоблоки данной марки классифицируются как конструкционно-теплоизоляционный материал. Величина показателя продукции в среднем равна 0,12 Вт/(м °С). Теплоизоляционные свойства стен, состоящих из уложенных блоков, могут достигать до 0,28 Вт/(м °С), что уже приближает их к кирпичу. Вместе с тем в соответствии с современными строительными нормами (к примеру, СТО 501-52-01-2007, ГОСТ 31360-2007 для РФ) газоблоки марок от D500 и выше могут быть использованы для кладки самонесущих стен высотой более 3-х этажей.

Теплоемкость и теплопроводность материалов

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

Теплопроводность материалов

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.

голоса
Рейтинг статьи
Читайте так же:
Схема многорядной перевязки кирпич
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector