Коэффициент теплопроводности кирпичей. Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены. Свойства различных типов кирпичей – клинкерный, красный керамический и др.
Коэффициент теплопроводности
Материалы обладают свойством проводить тепло от нагретой поверхности в более холодную область. Процесс происходит в результате электромагнитного взаимодействия атомов, электронов и квазичастиц (фононы). Основной показатель величины – коэффициент теплопроводности (λ, Вт/), определяемый как количество теплоты, проходящее через единицу площади сечения за единичный интервал времени. Малое значение положительно влияет на сохранение теплового режима.
Согласно ГОСТ 530-2012 эффективность кладки в сухом состоянии характеризуется коэффициентом теплопроводности:
- ≤ 0.20 – высокая;
- 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная;
- 0.24 — 0.36 – эффективная;
- 0.36 — 0.46 – условно-эффективная;
- ˃ 0.46 – обыкновенная (малоэффективная).
Чем больше плотность, тем выше теплопроводность – не совсем верное утверждение. Структура содержит закрытые поры и полости (пустотелый), наполненные воздухом с коэффициентом ≈ 0,026. Благодаря этому, изделия со щелевыми отверстиями лучше поддерживают тепловой режим внутри сооружений. В инженерных расчетах необходимо учитывать величину теплопроводности кладочной смеси, значение показателя выбирают от 0.47 и выше, в зависимости от состава.
| Вид | λ, Вт/м°C |
| Красный полнотелый | 0,56 ~ 0,81 |
| -//- пустотелый | 0,35 ~ 0,87 |
| Силикатный кирпич полнотелый | 0,7 ~ 0,87 |
| -//- пустотелый | 0,52 ~ 0,81 |
Теплопроводность красного изделия ниже, чем у силикатного.
Физические процессы нагрева и удержания тепла можно охарактеризовать величинами:
- Коэффициент теплоотдачи – теплообмен на границе поверхности твердого тела и воздушной среды. Это мощность теплового потока, приходящаяся на плоскость 1 м², обратно пропорциональная разнице температур тела и теплоносителя (воздух). Чем выше теплопроводность, тем больше теплоотдача.
- Полное тепловое сопротивление – способность противостоять передаче тепла. Значение обратно пропорционально коэффициенту теплопередачи. Исходя из расчетной формулы R = L/λ, легко рассчитать оптимальную толщину кладки. λ – постоянный параметр, R – тепловое сопротивление указано в таблице 4 СП 131.13330.2012 для климатических зон России.
Теплоемкость
Необходимое количество тепла, подведенного к телу для увеличения температуры на 1 Кельвин – определение понятия «полная теплоемкость». Единица измерения: Дж/К или Дж/°C. Чем больше объем и масса тела (толщина стен и перекрытий), тем выше теплоемкость материала, лучше поддерживается благоприятный температурный режим. Наиболее точно это свойство подтверждают характеристики:
- Удельная теплоемкость кирпича – количество тепла, необходимое для нагрева единичной массы вещества за единичный интервал времени. Единица измерения: Дж/кг*К или Дж/кг*°C. Используется для инженерных расчетов.
- Объемная теплоемкость – количество тепла, потребляемое телом единичного объема для нагрева за единицу времени. Измеряется в Дж/м³*К или Дж/кг*°C.
| Вид изделия | Удельная теплоемкость, Дж/кг*°С |
| Красный полнотелый | 880 |
| пустотелый | 840 |
| Силикатный полнотелый | 840 |
| пустотелый | 750 |
Тепловая конвекция непрерывна: радиаторы нагревают воздух, который передает тепло стенам. При понижении температуры в помещениях происходит обратный процесс. Увеличение удельной теплоемкости, снижение коэффициента теплопроводности стен обеспечивают сокращение затрат на обогрев дома. Толщина кладки может быть оптимизирована рядом действий:
- Применение теплоизоляции.
- Нанесение штукатурки.
- Использование пустотного кирпича или камня (исключено для фундамента здания).
- Кладочный раствор с оптимальными теплотехническими параметрами.
Таблица с характеристиками различных видов кладок. Использованы данные СП 50.13330.2012:
| Плотность, кг/м³ | Удельная теплоемкость, кДж/кг*°С | Коэффициент теплопроводности, Вт/м*°C | |
|
Обыкновенный глиняный кирпич на различном кладочном растворе |
|||
| Цементно-песчаный | 1800 | 0.88 | 0.56 |
| Цементно-перлитовый | 1600 | 0.88 | 0.47 |
|
Силикатный |
|||
| Цементно-песчаный | 1800 | 0.88 | 0.7 |
|
Пустотный красный различной плотности (кг/м³) на ЦПС |
|||
| 1400 | 1600 | 0.88 | 0.47 |
| 1300 | 1400 | 0.88 | 0.41 |
| 1000 | 1200 | 0.88 | 0.35 |
Морозостойкость кирпичной кладки
Устойчивость к воздействию отрицательных температур – показатель, влияющий на прочность и долговечность конструкции. Кладка в процессе эксплуатации насыщается влагой. В зимний период вода, проникая в поры, превращается в лед, увеличивается в объеме и разрывает полость, в которой находится – происходит разрушение. Морозоустойчивость, как правило, низкая, водопоглощение не должно превышать 20 %.
Определение количества циклов замораживания и оттаивания без потери прочности каждого вида изделия позволяет выявить морозоустойчивость (F). Значение получают опытным путем. В лаборатории проводят многократную заморозку в холодильных камерах и естественное оттаивание образцов.
Коэффициент морозостойкости – отношение прочности на сжатие опытного и исходного элемента. Изменение показателя более 5 %, наличие трещин, отколов сигнализируют об окончании испытаний. Марки изделий содержат характеристики по морозостойкости: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровой параметр указывает на количество циклов: чем выше число, тем надежнее возводимая система.
Приобретение кирпича высокой марки морозостойкости опустошит бюджет, заложенный на строительство. Меры по улучшению свойств конструкций, продлению срока эксплуатации в зонах холодного климата без увеличения расходов:
- Применение паро- и гидроизоляции.
- Обработка кладки гидрофобными составами.
- Контроль, своевременное исправление дефектов.
- Надежная гидроизоляция фундамента.
От выбора материала для кладки, его удельной теплоемкости, теплопроводности, морозостойкости зависит срок и комфорт эксплуатации дома. Сложные расчеты, составление сметы расходов лучше доверить опытным специалистам, имеющим опыт в строительстве и проектировании.
Используемые виды
теплопроводность кирпичной стены
Актуальность именно такого выбора подтверждается его неоспоримыми преимуществами. Среди них экологичность, морозостойкость, пожароустойчивость — и все это уже не говоря о прочности и долгой службе, которая подразумевается априори. Наряду с этим при возведении объектов важно учитывать теплопроводность кирпичной стены.
В настоящее время активно распространены несколько видов. Среди них выделяют следующие:
- белый (силикатного типа);
- (глиняный).
Подобные блоки могут быть самой различной формы и фактуры. Похожи они только своими геометрическими параметрами. На самом деле различия гораздо глубже:
- В составе керамического лежит глина и различные добавки.
- Силикатный получают из кварцевого песка, извести и воды.
Теплопроводность красного кирпича (керамического типа) имеет настоящее народное признание. И это неспроста: он встречается в самых различных интерпретациях (пусто- и полнотелый, облицовочный и имеющий интересную фактуру), но каждое из них будет уникальным и подойдет для возведения любого типа зданий.
Таблица теплопроводности материалов на А
| Материал | Плотность, кг/м3 |
Теплопроводность, Вт/(м·град) |
Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
| ABS (АБС пластик) | 1030…1060 | 0.13…0.22 | 1300…2300 |
| Аглопоритобетон и бетон на топливных (котельных) шлаках | 1000…1800 | 0.29…0.7 | 840 |
| Акрил (акриловое стекло, полиметилметакрилат, оргстекло) ГОСТ 17622—72 | 1100…1200 | 0.21 | — |
| Альфоль | 20…40 | 0.118…0.135 | — |
| Алюминий (ГОСТ 22233-83) | 2600 | 221 | 840 |
| Асбест волокнистый | 470 | 0.16 | 1050 |
| Асбестоцемент | 1500…1900 | 1.76 | 1500 |
| Асбестоцементный лист | 1600 | 0.4 | 1500 |
| Асбозурит | 400…650 | 0.14…0.19 | — |
| Асбослюда | 450…620 | 0.13…0.15 | — |
| Асботекстолит Г ( ГОСТ 5-78) | 1500…1700 | — | 1670 |
| Асботермит | 500 | 0.116…0.14 | — |
| Асбошифер с высоким содержанием асбеста | 1800 | 0.17…0.35 | — |
| Асбошифер с 10-50% асбеста | 1800 | 0.64…0.52 | — |
| Асбоцемент войлочный | 144 | 0.078 | — |
| Асфальт | 1100…2110 | 0.7 | 1700…2100 |
| Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84) | 2100 | 1.05 | 1680 |
| Асфальт в полах | — | 0.8 | — |
| Ацеталь (полиацеталь, полиформальдегид) POM | 1400 | 0.22 | — |
| Аэрогель (Aspen aerogels) | 110…200 | 0.014…0.021 | 700 |
Прочность полнотелого кирпича
Полнотелый кирпич соответствует стандартным маркам прочности. Прочность кирпича обозначается соответствующей маркой, например М100, где М- это марка, а 100 – это нагрузка в килограммах которую может выдержать полнотелый кирпич при давлении на 1 см квадратный, то есть при сжатии. Полнотелый керамический кирпич бывает следующих марок плотности М-75, М-100, М-125, М-150, М-175, М-200, М-250, М-300. Марки 75-100 используют для кладки стен двух и трех этажных домов, прочность такого кирпича позволяет выдерживать вес всего здания. Марки от 125 до 200 уже можно смело использовать для сооружения фундаментов и цокольных этажей. Полнотелый кирпич М200 и М300 используется даже для устройства фундаментов многоэтажных домов.
Уменьшение коэффициента теплоотдачи стены
Существует несколько способов, которые позволяют снизить тепловые потери.
Технологии укладки
Воздушные зазоры делаются в кирпичной кладке для уменьшения накопления влаги в стенах и снижения коэффициента теплоотдачи.
Прослойку воздуха в стенах правильно обеспечивают следующим образом:
- Раствором не заполняют воздушные зазоры толщиной до 10 мм между изделиями начиная с 1 ряда. 1 метр — распространенный шаг между зазорами.
- По типу фасада с вентиляцией зазор воздуха толщиной 25-30 мм оставляют по всей высоте кладки между теплоизолятором и кирпичом. При работе зимой отопительной системы температура в доме будет оставаться постоянной. Свойства стены сохранять тепло обеспечат постоянные воздушные потоки, которые будут проходить по предусмотренным воздушным каналам.
Постоянная циркуляция по каналам воздуха внутри кладки возможна, если она на последнем ряду не закрывается перекрытием из любых стройматериалов или стяжкой из раствора.
Для частного строительства важно, чтобы, не понеся больших расходов, добиться от кирпичной стены существенного снижения коэффициента λ.
Облицовочный кирпич это эффектный внешний вид и сохранение тепла
Теплопроводность кирпича определяется способностью сохранять или отдавать тепло. При низкой плотности теплопроводность облицовочного кирпича не высокая. К примеру, у пустотелого кирпича теплопроводность меньше, полнотелого. Способность отдавать тепло у полнотелого кирпича в 1,5-2 раза выше пустотелого.
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:
- 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.
- На 3-4 году эксплуатации отделка фасада начинает разрушаться. Раствор выдерживает в среднем около 50 циклов смены тепло-холод.
- 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.
Все познается в сравнении: возможности использования
теплопроводность глиняного кирпича
Цифры могут варьироваться у каждого из вышепредставленных видов. Свой коэффициент теплопроводности силикатный кирпич зарабатывает еще и от веса каждого из блоков. Отсюда вывод: если решено строить именного из него, то следует обращать внимание на размеры брусков (меньше размер — больше коэффициент теплопроводности силикатного кирпича). Нельзя забывать одну главную вещь: при относительной дешевизне такого товара, к нему должны идти еще и дополнительные утеплители.
Коэффициент перевода кирпича-клинкера показывает прекрасные данные. Но даже с ними его очень редко выбирают для того, чтобы возвести поверхность. А вот мощение дорожного полотна или полы в помещениях пройдут на «ура». И уже сам высокий коэффициент теплопроводности кирпича такого вида указывает на то, что его не следует брать для того, чтобы возвести какие-либо утепленные конструкции.
Когда речь идет именно о специальном виде, нельзя не упомянуть тот материал, который используется для строительства каминов и им подобных вещей. Его состав предполагает быструю отдачу тепла, а, значит, коэффициент теплопроводности шамотного кирпича будет колебаться от 0,6 до 0,7 Вт/(моС).
Исходя из всего вышесказанного, можно сделать главный вывод — самым популярным для использования будет являться пустотный, а коэффициент теплопроводности кирпича красного позволяет его выделить среди других в качестве примера, какой должна быть теплопроводность глиняного кирпича. Развитая пустотная система внутри него справится с этим на «отлично».
Свойства различных типов
Разные строительные материалы отличаются способностью проводить тепло, которая зависит от следующих параметров:
- Влажность. 0,6 — значение λ для воды. Влажный насыщенный воздух или капли жидкости замещают сухой воздух в порох утеплителя и стеновых конструкциях при их намокании. Это приводит к росту показателей теплопроводности.
- Плотность. Тепловая энергия лучше передается, если частицы в теле расположены более тесно и в большем количестве. Опытным путем или на основе справочных данных определяется зависимость плотности и теплопроводности материала.
- Пористость. Однородность структуры изделий нарушается из-за наличия в ее составе пор. Заполненный воздухом объем, занятый порами, передает часть энергии теплового потока. Для сухого воздуха принимает значение λ отсечной точки 0,02. Теплопроводность стройматериалов будет меньше, если воздушными порами будет занят больший объем.
- Структура пор. Тепловой поток снижает скорость при наличии в изделиях небольших пор замкнутого характера. Тепловая конвекция будет участвовать в передаче тепла, когда имеются относительно большие сообщающиеся между собой поры.
Красный керамический
Мелкозернистая глина является при производстве керамического кирпича основным компонентом. В готовую продукцию также входят вода, песок и улучшающие начальное качество сырья присадки.
Изделия меньше растрескиваются, когда в их состав входит более эластичный раствор, качество которого модифицируют с помощью пластификаторов.
Для керамического кирпича хорошая морозостойкость является основным достоинством. Он способен выдерживать 250-300 циклов замораживания и оттаивания.
Красный кирпич из керамики российского производства имеет толщину 6,5 см и 25 см в длину. Для двойного толщина составляет 13,8 см, 8,8 см — для полуторного.
У пустотелых и полнотелых изделий будет разная величина объемного веса. Построенная из кирпича конструкции будут характеризоваться теплопроводностью тем ниже, чем более пористый материал был использован при строительстве. Для полнотелого кирпича показатель пустотности не может составлять более 30%.
Чтобы внутри изделия образовались пустоты, используется «шихта» — торф, крошки угля, опилки, солома мелко порубленная. Ее добавляют в массу глины. Пустоты образуются, когда добавки выгорают при спекании глины в печах с 1000°С температурой.
По показателю плотности кирпич делится на 7 категорий — от 2,4 до 0,7. Каждый класс изделия обладает собственной теплопроводностью.
0,6-0,7 — коэффициент теплопроводности для изделий с цельной структурой. Для пустотелых — 0,5-0,25 Вт/м*0С.
Несущие стены не делают из пустотелых материалов, поэтому чаще всего они нуждаются в дополнительном утеплении.
Клинкерный
Этот тип кирпича получают из смеси силикатов и минералов, воды, тугоплавкой измельченной глины, которую обрабатывают после формовки при высокой температуре (до 13000). Для этого используют тоннельные печи.
При соблюдении технологии производства получается продукт без мелкодисперсионных пор с высокой прочностью, натуральных оттенков. Параметры готовых изделий определяются ГОСТ 530-2012.
Клинкерный кирпич чаще всего получается с точной геометрией. Для повышения теплоизоляционных качеств и облегчения веса конечной конструкции он выполняется пустотелым.
Характеристики материала:
- Морозостойкость более 100 циклов.
- Минимальная марка прочности М250.
- 1500 кг/см3 — наименьший показатель плотности.
- Высокая огнестойкость, устойчивость к биологическим угрозам, воздействию ультрафиолета.
- 6% — максимальное водопоглощение.
- Коэффициент теплопроводности — 1,15Вт/м*0С.
Характеристика шамотного
Этот вид кирпича делают из специальной глины — желтого шамота. Получаемые изделия являются жаростойким материалом, который в сложных условиях высоких температур даже под высоким давлением способен сопротивляться деформациям. Длительный контакт с открытым огнем спокойно им переносится.
Оксид алюминия является главным веществом, которое входит в огнеупорную смесь. Он обеспечивает кирпичу устойчивость к агрессивным средам и высокую прочность при механических воздействиях.
Материал делят на 8 групп по показателям пустотности. Максимальное значение — 85%, минимальное — 3%. Чем меньше удельный вес изделия, тем ниже прочностные характеристики.
Изготовленный в соответствии с государственными стандартами стройматериал обладают следующими показателями:
- 7% — водопоглощение;
- высокая устойчивость к кислотам и щелочам;
- 3,7 кг — средний вес;
- 1350°С — рабочая температура, 1750° — максимальная;
- 15-23 Н/мм2 — значение прочности на сжатие;
- 0,84-1,28 Вт/м*0С — коэффициент теплопроводности.
Силикатный
Материал получают под давлением 12 атм. и температуре 200°С автоклавным методом. В его состав входят, кроме модифицирующих добавок, извести, кварцевый песок в соотношении 1 к 9.
Стойкие к щелочи пигменты, которые добавляют в сырье на этапе прессования, помогают сделать цветные варианты изделий.
ГОСТ379-95, 379-2015 определяют требования к силикатному кирпичу. 15-31% составляет показатель пустотности. Вес изделий — от 3,2 до 5,8 кг.
Характеристики плотности:
- 1450 кг/м3 — для пустотелого кирпича марки М150;
- 1700-2100 кг/м3 — для полнотелого М150-200.
Теплопроводность пустотелых силикатных изделий составляет 0,56-0,81 Вт/м*0С, и 0,65-0,88 — для полнотелых.