Stvaranje optimalne mikroklime i potrošnja toplinske energije za grijanje privatne kuće u hladnoj sezoni uvelike ovisi o termoizolacijskim svojstvima građevinskih materijala od kojih je ova zgrada izgrađena. Jedna od ovih karakteristika je toplotni kapacitet. Ovu vrijednost treba uzeti u obzir pri odabiru građevinskog materijala za izgradnju privatne kuće. Stoga će se dalje razmatrati toplinski kapacitet nekih građevinskih materijala.
Definicija i formula toplotnog kapaciteta
Svaka supstanca, u jednom ili drugom stepenu, sposobna je da apsorbuje, skladišti i zadržava toplotnu energiju. Da bi se opisao ovaj proces, uvodi se koncept toplotnog kapaciteta, koji je svojstvo materijala da apsorbuje toplotnu energiju kada se zagreva okolni vazduh.
Za zagrijavanje bilo kojeg materijala mase m od početne temperature t do temperature t konačne, bit će potrebno potrošiti određenu količinu toplinske energije Q, koja će biti proporcionalna masi i temperaturnoj razlici ΔT (t final -t početni). Stoga će formula toplinskog kapaciteta izgledati ovako: Q \u003d c * m * ΔT, gdje je c koeficijent toplinskog kapaciteta (specifična vrijednost). Može se izračunati po formuli: c \u003d Q / (m * ΔT) (kcal / (kg * ° C)).
Pod uslovom da je masa supstance 1 kg, a ΔT = 1°C, možemo dobiti da je c = Q (kcal). To znači da je specifični toplinski kapacitet jednak količini toplinske energije koja se troši na zagrijavanje materijala od 1 kg za 1°C.
Povratak na indeks
Upotreba toplotnog kapaciteta u praksi
Za izgradnju konstrukcija otpornih na toplinu koriste se građevinski materijali visokog toplinskog kapaciteta. Ovo je veoma važno za privatne kuće u kojima ljudi stalno žive. Činjenica je da takve strukture omogućuju pohranjivanje (akumuliranje) topline, tako da se u kući održava ugodna temperatura prilično dugo. Kao prvo grijač zagrijava zrak i zidove, nakon čega sami zidovi zagrijavaju zrak. To vam omogućava da uštedite novac na grijanju i učinite vaš boravak ugodnijim. Za kuću u kojoj ljudi povremeno žive (na primjer, vikendom), veliki toplinski kapacitet građevinskog materijala imat će suprotan učinak: takvu zgradu će biti prilično teško brzo zagrijati.
Vrijednosti toplinskog kapaciteta građevinskih materijala date su u SNiP II-3-79. Ispod je tabela glavnih građevinskih materijala i vrijednosti njihovog specifičnog toplinskog kapaciteta.
Tabela 1
Opeka ima veliki toplinski kapacitet, pa je idealna za izgradnju kuća i peći.
Govoreći o toplotnom kapacitetu, treba napomenuti da peći za grijanje preporučuje se gradnja od cigle, jer je vrijednost njegovog toplinskog kapaciteta prilično visoka. To vam omogućava da koristite pećnicu kao neku vrstu akumulatora topline. Akumulatori toplote u sistemima grejanja (posebno u sistemima za grejanje vode) se iz godine u godinu sve više koriste. Takvi uređaji su zgodni po tome što ih je dovoljno jednom dobro zagrijati intenzivnim ložištem kotla na čvrsto gorivo, nakon čega će grijati vašu kuću cijeli dan, pa čak i više. Ovo će značajno uštedjeti vaš budžet.
Povratak na indeks
Toplotni kapacitet građevinskih materijala
Kakvi bi trebali biti zidovi privatne kuće da odgovaraju građevinski kodovi? Odgovor na ovo pitanje ima nekoliko nijansi. Da bismo ih riješili, dat će se primjer toplinskog kapaciteta 2 najpopularnija građevinska materijala: betona i drveta. ima vrijednost od 0,84 kJ / (kg * ° C), a drvo - 2,3 kJ / (kg * ° C).
Na prvi pogled moglo bi se pomisliti da je drvo toplinski intenzivniji materijal od betona. To je tačno, jer drvo sadrži skoro 3 puta više toplotne energije od betona. Da biste zagrijali 1 kg drva, potrebno je potrošiti 2,3 kJ toplotne energije, ali kada se ohladi ispustit će i 2,3 kJ u svemir. Istovremeno, 1 kg betonske konstrukcije može akumulirati i, shodno tome, osloboditi samo 0,84 kJ.
Ali nemojte žuriti sa zaključcima. Na primjer, trebate saznati koliki će toplinski kapacitet imati 1 m 2 betonskog i drvenog zida debljine 30 cm. Da biste to učinili, prvo morate izračunati težinu takvih konstrukcija. 1 m 2 ovoga betonski zidće težiti: 2300 kg / m 3 * 0,3 m 3 \u003d 690 kg. 1 m 2 drvenog zida će težiti: 500 kg / m 3 * 0,3 m 3 \u003d 150 kg.
- za betonski zid: 0,84*690*22 = 12751 kJ;
- za drvenu konstrukciju: 2,3 * 150 * 22 = 7590 kJ.
Iz dobivenog rezultata možemo zaključiti da će 1 m 3 drveta akumulirati toplinu gotovo 2 puta manje od betona. Intermedijarni materijal u smislu toplotnog kapaciteta između betona i drveta je zidanje, u čijoj jediničnoj zapremini će pod istim uslovima sadržati 9199 kJ toplotne energije. Istovremeno, gazirani beton, kao građevinski materijal, sadržavat će samo 3326 kJ, što će biti znatno manje od drveta. Međutim, u praksi, debljina drvene konstrukcije može biti 15-20 cm, kada se gazirani beton može polagati u nekoliko redova, značajno povećavajući specifičnu toplinu zida.
| Ime | k.č dobro kJ/(kg °S) | Ime | k.č dobro kJ/(kg °S) |
|---|---|---|---|
| Aceton | 2,22 | Mineralno ulje | 1,67…2,01 |
| Petrol | 2,09 | Ulje za podmazivanje | 1,67 |
| benzen (10°S) | 1,42 | metilen hlorid | 1,13 |
| (40S) | 1,77 | Metil hlorid | 1,59 |
| Voda je čista (0°S) | 4,218 | Morska voda (18°C) | |
| (10°C) | 4,192 | 0,5% soli | 4,10 |
| (20°C) | 4,182 | 3% soli | 3,93 |
| (40°S) | 4,178 | 6% soli | 3,78 |
| (60°S) | 4,184 | Ulje | 0,88 |
| (80°S) | 4,196 | Nitrobenzen | 1,47 |
| (100°S) | 4,216 | tečni parafin | 2,13 |
| Glicerol | 2,43 | (-10°S) | |
| Tar | 2,09 | 20% soli | 3,06 |
| Ugljeni katran | 2,09 | 30% soli | 2,64…2,72 |
| Difenil | 2,13 | Merkur | 0,138 |
| Dovterm | 1,55 | Terpentin | 1,80 |
| Kerozin domaćinstvo | 1,88 | Metil alkohol (metanol) | 2,47 |
| Kućni kerozin (100°S) | 2,01 | Alkohol amonijak | 4,73 |
| Kerozin težak | 2,09 | etil alkohol (etanol) | 2,39 |
| Azotna kiselina 100% | 3,10 | Toluen | 1.72 |
| sumporna kiselina 100% | 1,34 | Trihloretilen | 0,93 |
| hlorovodonična kiselina 17% | 1,93 | Hloroform | 1,00 |
| Ugljena kiselina (-190°S) | 0,88 | etilen glikol | 2,30 |
| Stolarski lepak | 4,19 | Ester silicijumske kiseline | 1,47 |
Specifična toplota- ovo je ono što je potrebno potrošiti da bi se 1 kilogram tvari zagrijao za 1 stepen Kelvina (ili Celzijusa).
Fizički dimenzijaspecifična toplota: J / (kg K) = J kg -1 K -1 \u003d m 2 s -2 K -1.
U tabeli su navedene u rastućem redoslijedu vrijednosti specifične topline različitih tvari, legura, otopina, smjesa. Veze do ovog izvora date su iza tabele.
Prilikom korištenja tabele treba uzeti u obzir približnu prirodu podataka. Specifični toplinski kapacitet za sve tvari ovisi o temperaturi i . Za složene objekte (mješavine, kompozitni materijali, namirnice) specifični toplinski kapacitet može značajno varirati za različite uzorke.
| Supstanca | Agregat stanje | Specifično toplotni kapacitet, J/(kg K) |
| Zlato | solidan | 129 |
| Olovo | solidan | 130 |
| Iridijum | solidan | 134 |
| Tungsten | solidan | 134 |
| Platinum | solidan | 134 |
| Merkur | tečnost | 139 |
| Tin | solidan | 218 |
| Srebro | solidan | 234 |
| Cink | solidan | 380 |
| Brass | solidan | 380 |
| Bakar | solidan | 385 |
| Constantan | solidan | 410 |
| Iron | solidan | 444 |
| Čelik | solidan | 460 |
| Visoko legirani čelik | solidan | 480 |
| Liveno gvožde | solidan | 500 |
| Nikl | solidan | 500 |
| dijamant | solidan | 502 |
| kremen (staklo) | solidan | 503 |
| Kronglas (staklo) | solidan | 670 |
| kvarcno staklo | solidan | 703 |
| Sumpor rombičan | solidan | 710 |
| Kvarc | solidan | 750 |
| Granit | solidan | 770 |
| Porcelan | solidan | 800 |
| Cement | solidan | 800 |
| Kalcit | solidan | 800 |
| Bazalt | solidan | 820 |
| Pijesak | solidan | 835 |
| Grafit | solidan | 840 |
| Cigla | solidan | 840 |
| Prozorsko staklo | solidan | 840 |
| Azbest | solidan | 840 |
| Koks (0…100°S) | solidan | 840 |
| Lime | solidan | 840 |
| Mineralna vlakna | solidan | 840 |
| zemlja (suha) | solidan | 840 |
| Mramor | solidan | 840 |
| Sol | solidan | 880 |
| Mica | solidan | 880 |
| Ulje | tečnost | 880 |
| Glina | solidan | 900 |
| kamena sol | solidan | 920 |
| Asfalt | solidan | 920 |
| Kiseonik | gasoviti | 920 |
| Aluminijum | solidan | 930 |
| Trihloretilen | tečnost | 930 |
| Absocementacija | solidan | 960 |
| silikatna cigla | solidan | 1000 |
| PVC | solidan | 1000 |
| Hloroform | tečnost | 1000 |
| Suhi zrak) | gasoviti | 1005 |
| Nitrogen | gasoviti | 1042 |
| Gips | solidan | 1090 |
| Beton | solidan | 1130 |
| Šećer | 1250 | |
| Pamuk | solidan | 1300 |
| Ugalj | solidan | 1300 |
| papir (suhi) | solidan | 1340 |
| sumporna kiselina (100%) | tečnost | 1340 |
| (čvrsti CO2) | solidan | 1380 |
| Polistiren | solidan | 1380 |
| Poliuretan | solidan | 1380 |
| guma (tvrda) | solidan | 1420 |
| Benzen | tečnost | 1420 |
| Tekstolit | solidan | 1470 |
| Solidol | solidan | 1470 |
| Celuloza | solidan | 1500 |
| Koža | solidan | 1510 |
| Bakelit | solidan | 1590 |
| Vuna | solidan | 1700 |
| Mašinsko ulje | tečnost | 1670 |
| Cork | solidan | 1680 |
| Toluen | solidan | 1720 |
| Vinylplast | solidan | |
| Terpentin | tečnost | 1800 |
| Berilijum | solidan | 1824 |
| Kerozin domaćinstvo | tečnost | 1880 |
| Plastika | solidan | 1900 |
| Hlorovodonična kiselina (17%) | tečnost | 1930 |
| zemlja (mokra) | solidan | 2000 |
| Voda (para na 100°C) | gasoviti | 2020 |
| Petrol | tečnost | 2050 |
| Voda (led na 0°C) | solidan | 2060 |
| Kondenzirano mlijeko | 2061 | |
| Ugljeni katran | tečnost | 2090 |
| Aceton | tečnost | 2160 |
| Salo | 2175 | |
| Parafin | tečnost | 2200 |
| ploča od vlakana | solidan | 2300 |
| etilen glikol | tečnost | 2300 |
| etanol (alkohol) | tečnost | 2390 |
| drvo (hrast) | solidan | 2400 |
| Glicerol | tečnost | 2430 |
| Metil alkohol | tečnost | 2470 |
| masna govedina | 2510 | |
| Sirup | 2650 | |
| Maslac | 2680 | |
| drvo (jela) | solidan | 2700 |
| Svinjetina, jagnjetina | 2845 | |
| Jetra | 3010 | |
| Azotna kiselina (100%) | tečnost | 3100 |
| bjelanjak (piletina) | 3140 | |
| Sir | 3140 | |
| Nemasna govedina | 3220 | |
| meso peradi | 3300 | |
| Krompir | 3430 | |
| Ljudsko tijelo | 3470 | |
| Kajmak | 3550 | |
| Lithium | solidan | 3582 |
| Jabuke | 3600 | |
| Kobasica | 3600 | |
| nemasna riba | 3600 | |
| Narandže, limuni | 3670 | |
| Pivo od sladovine | tečnost | 3927 |
| Morska voda (6% soli) | tečnost | 3780 |
| Pečurke | 3900 | |
| Morska voda (3% soli) | tečnost | 3930 |
| Morska voda (0,5% soli) | tečnost | 4100 |
| Voda | tečnost | 4183 |
| Amonijak | tečnost | 4730 |
| Ljepilo za drvo | tečnost | 4190 |
| Helijum | gasoviti | 5190 |
| Vodonik | gasoviti | 14300 |
| Naziv materijala | Naziv materijala | C, kcal/kg*S |
| ABS | ABS, akrilonitril-butadien-stiren kopolimer | 0,34 |
| POM | Polioksimetilen | 0,35 |
| PMMA | Polimetil metakrilat | 0,35 |
| Ionomer | Jonomeri | 0,55 |
| PA6/6.6/6.10 | Poliamid 6/6.6/6.10 | 0,4
|
| PA 11 | poliamid 11 | 0,58
|
| PA 12 | poliamid 12 | 0,28 |
| Polikarbonat | 0,28 |
|
| PU | Poliuretan | 0,45 |
| PBT | Polibutilen tereftalat | 0,3-0,5 |
| Polietilen | 0,55 |
|
| PET | Polietilen tereftalat | 0,3-0,5 |
| PPO | Polifenilen oksid | 0,4
|
| Karboksimetilceluloza, polianionska celuloza | 0,27 |
|
| polipropilen | 0,46 |
|
| PS (GP) | Polistiren | 0,28 |
| PSU | Polysulfone | 0,31 |
| PCV | PVC | 0,2 |
| SAN(AS) | Smole, kopolimeri na bazi stirena i akrilonitrila | 0,32 |
Općenito je prihvaćeno da je bilo koji pijesak pogodan za građevinske radove. Ali nije. Prvo, potrebno je primijeniti samo posebne tipove zgrada. Drugo, potrebno je uzeti u obzir njihove individualne karakteristike.
Specifična težina i toplinski kapacitet ovog materijala igraju važnu ulogu pri odabiru jedne od njegovih vrsta, a o njima će biti riječi u ovom članku.
Klasifikacija
Njegove specifične karakteristike zavise od vrste materijala. Postoji nekoliko njegovih varijanti. Po porijeklu se dijeli na prirodne i umjetne. Prvi tip, u zavisnosti od mesta vađenja, ima sledeće varijante:
Karijera
Kamenolomni pijesak se vadi kao rezultat razaranja stijena. Njegova zrna mogu biti od 0,16 do 3,2 mm. Zbog karakteristika ekstrakcije, ispada da je loše kvalitete, jer sadrži mnogo nečistoća u obliku gline i prašine.
slomljena
Dobija se uništavanjem i mljevenjem stijena. Ovaj proces se odvija na specijalnoj opremi, pa se vađenje ovog pijeska ogleda u njegovoj visokoj cijeni. Zbog nastalog nepravilnog oblika, zrnca pijeska se dobro vezuju jedno za drugo i sa drugim građevinskim materijalima. Prilikom dodavanja takvog materijala, potrošnja betona se smanjuje. 
Aplikacija: Koristi se za betonske konstrukcije, pri nasipanju puteva i staza, kao i kao punilo za suve mešavine.
Gore navedene sorte pijeska razlikuju se po boji. Dakle, kamenolom ima žutu i smeđu nijansu, a rijeka se nalazi u krem i sivoj boji.
Veštačko
Smatra se takvim, jer se podvrgava posebnoj preradi, nakon čega se dobija materijal koji se po svojstvima razlikuje od originala. Nastao drobljenjem prirodnog kamena. 
Kvarc
Najtraženija je od svih umjetnih vrsta. Dobija se mljevenjem bijelog kvarca. Nakon određene obrade nastaje homogena kompozicija bez nečistoća. Ova karakteristika omogućava izračunavanje tačnih dimenzija buduće strukture. 
Aplikacija: kvarcni izgled se široko koristi u završnim i dekorativnim radovima, ponekad se dodaje prilikom kreiranja cementni malter, ali to se dešava veoma retko. Obično se nalazi u bojama, punilima i drenažnim filterima.
Postoji i pijesak za kalupljenje, koristi se za kalupljenje u metalnim modelima.
Definicija količine
Ova vrijednost je jednaka masi koja stane u jedinični volumen. Drugim riječima, gustina. Najčešće se u referentnoj literaturi mjeri u g / cm 3 ili kg / m 3.
Specifična težina pijeska ovisi o količini nečistoća sadržanih u njemu i sadržaju vlage u materijalu. Povećava se visok sadržaj vode specifična gravitacija po jedinici zapremine. Takođe, ovaj indikator će zavisiti od mesta skladištenja peska, što se dešava:
- prirodna pojava;
- lokacija materijala u rasutom stanju;
- veštački pečat.
Ista vrsta pijeska pod ovim uslovima će imati različite vrijednosti.
Prema GOST 8736-77, naznačeno je da se specifična težina građevinskog pijeska može kretati od 1150 do 1700 kg / m 3.
Na primjer, tabela prikazuje nekoliko vrijednosti njegovih pojedinačnih sorti.
| Vrsta pijeska | Specifična težina u kg / 1 m 3 |
| Zaptivanje riječnih aluvijala | 1200-1700 |
| 1650 | |
| 1590 | |
| Karijera | 1500 |
| Nautical | 1620 |
| Kvarc | 1600-1700 |
| Mokro | 1920 |
Toplotni kapacitet
To je sposobnost materijala da prima, akumulira i zadržava energiju. Toplotni kapacitet je pokazatelj termofizičkih svojstava pijeska. Mogućnost zagrevanja zavisi od hemijski sastav, strukturu i količinu korištenog materijala. Zbog toga ukupan rezultat zavisiće od njegove suvoće. Važno za cementne kompozicije i prilikom betoniranja zidova.
| Raznolikost pijeska | Specifični toplotni kapacitet u kJ/kg po 10 |
| Mokri kvarc | 2,09 |
| Rijeka suha | 0,8 |
| Karijera | 0,84 |
| Nautical |
Pijesak se smatra najčešćim materijalom, koji se koristi u svim sferama ljudske djelatnosti, a posebno u građevinarstvu. Malo je vjerovatno da će postojati moderna zgrada gdje god se pijesak koristi kao sastavni materijal. Koristi se za betonska mješavina ili konvencionalni malter za zidanje zid od cigle. Toplotni kapacitet pijeska bit će razmotren u članku.
Prednosti
Pijesak ima niz prednosti preko koje se upravlja objektom duge godine. Među glavnim su:
- seizmička otpornost;
- dobro podnosi nagle promjene temperature, od jakih mrazeva do vruće klime;
- niska kompresija materijala, pomaže da se na njega postavi teška podloga, au isto vrijeme dodatno amortizira cijelu zgradu. Ovo se posebno odnosi na područja sa čestim potresima;
- vodopropusnost, što omogućava čišćenje mnogih tečnosti;
- širok spektar primjena u drugim oblastima.
Za praktičnost određivanja toplinskog kapaciteta materijala, u ovom slučaju, koriste se pijesak, gotove tablice koje prikazuju proračune. Koriste ih graditelji za proračune.
Toplotna provodljivost je takođe bitan,
uzeti u obzir prilikom planiranja termoizolacioni radovi. Odabir pravog materijala je vrlo važan, ovisi o tome koliko toplinske energije morate potrošiti na grijanje gotove prostorije.
Glavni problem je nizak toplinski kapacitet pješčanog materijala i gotova zgrada, posebno ako se radi o stambenoj zgradi, zahtijeva dodatnu toplinsku izolaciju. Toplotna provodljivost ovisi o gustoći samog materijala. Još jedna važna tačka je sadržaj vlage u pijesku.
Kao što je navedeno u donjoj tabeli, kako se povećava, povećava se i toplinska provodljivost pješčanog materijala.
Tabela - izraz glavnih parametara toplotne provodljivosti peska
Ova tablica će pomoći i početnicima u građevinarstvu i onima koji nisu novi u ovom poslu da brzo i precizno izračunaju potreban iznos pješčani materijal za budući razvoj. a toplotni kapacitet je 840 Jkg * deg.
Ako se koristi mokri riječni pijesak, tada će parametri biti sljedeći: masa od 1900 kgm3 ima toplinsku provodljivost od 0,814 W m * deg, a toplinski kapacitet od 2090 Jkg * deg.
Svi ovi podaci preuzeti su iz raznih priručnika o fizičke veličine i tablice toplinske tehnike, gdje su dati mnogi pokazatelji posebno za građevinske materijale. Tako da će biti korisno imati takvu knjigu sa sobom.
Koji je najbolji pijesak za izradu betona?
Široka upotreba pijeska u građevinskim radovima omogućava vam da proširite raspon primjena. On je univerzalno sredstvo za kuvanje različite vrste rješenje:
- za betonske mješavine;
- na ;
- zidovi;
- polaganje zidova blokovima ili ciglama;
- izlivanje nosivih pločica;
- proizvodnja monolita.
Možete nabrojati više, glavna stvar je razumjeti suštinu. Ali u izgradnji raznih vrsta konstrukcija koristi se pijesak različitog sastava i svojstava.
Jedinstveno svojstvo, prijelaz iz labavog stanja u gusto. Omogućava korištenje ovog materijala za zaštitno i prirodno amortiziranje osnovne strukture.
Ako izdvojimo proizvodnu komponentu betona, onda ovdje građevinske organizacije a privatni graditelji preferiraju riječni pijesak. Njegova svojstva vam omogućavaju da ga počnete koristiti bez dodatnih manipulacija kao što je ispiranje, poput one u kamenolomu.
Najčišći među iskopanim pijeskom je onaj koji se kopa sa dna aktivnih rijeka. Podvrgava se dodatnom tretmanu pranja i može se odmah koristiti za predviđenu svrhu. Homogena masa i odsustvo nepotrebnih nečistoća čine ovu vrstu pijeska najpopularnijom, unatoč cijeni.
- poseban materijal i zahtijeva tačan proračun proporcija komponenti, a njegov kvalitet ovisi o prisutnosti glinenih stijena u pijesku. Uostalom, svojstva gline u omotavanju zrna pijeska ekstrahiranog materijala, što direktno utječe na visokokvalitetno prianjanje pijeska na druge komponente betonske mješavine, uključujući cement.
Po karakteristikama pijesak se dalje dijeli na klase:
- prvi razred;
- druga klasa;
- specijalni pijesak.
Svaka od navedenih grupa koristi se za upotrebu betonskih proizvoda, ali samo za uski krug. Tako se, na primjer, prva klasa koristi za livenje betona, čije su glavne karakteristike:
- kvaliteta;
- visoka otpornost na vanjske utjecaje;
- nagle promjene temperature, uključujući otpornost na mraz.
Pijesak koji pripada drugoj klasi koristi se samo za proizvodnju materijala koji ne zahtijevaju povećanu otpornost na vlagu, na primjer, za pločice ili obloge.
Poseban mješavine pijeska potrebno za izgradnju betona ili armirano-betonske konstrukcije. Takve mješavine omogućavaju jačanje niza pokazatelja kompresije i otpornosti na atmosferske promjene.
Za više informacija o svojstvima i upotrebi pijeska pogledajte video:
Toplotni kapacitet tela je sposobnost da apsorbuju određenu količinu toplote kada se zagreju, ili da je predaju kada se ohlade. Toplotni kapacitet tijela je omjer beskonačno male količine toplote koju primi tijelo i odgovarajućeg povećanja njegove temperature. Ova vrijednost se mjeri u J/K. Za praktične primjene koristi se specifični toplinski kapacitet. Specifični toplinski kapacitet je toplinski kapacitet po jedinici količine tvari. Količina ove tvari, zauzvrat, može se mjeriti u kubnim metrima, kilogramima ili u molovima. U zavisnosti od toga kojoj kvantitativnoj jedinici pripada toplotni kapacitet, razlikuju se zapreminski, maseni i molarni toplotni kapacitet. U građevinarstvu je malo vjerovatno da ćemo se morati baviti molarnim mjerenjima, pa ću molarni toplotni kapacitet prepustiti fizičarima.
Specifični toplinski kapacitet mase (označen slovom C), koji se jednostavno naziva i specifični toplinski kapacitet, je količina topline koja se mora predati jedinici mase tvari da bi se zagrijala po jediničnoj temperaturi. U SI se mjeri u džulima po kilogramu po kelvinu - J / (kg K).
Volumetrijski toplinski kapacitet (C`) je količina topline koja se mora predati jedinici volumena tvari da bi se zagrijala po jediničnoj temperaturi. U SI se mjeri u džulima po kubnom metru po kelvinu J/(m³ ·TO). U građevinskim vodičima obično se navodi maseni specifični toplinski kapacitet - razmotrit ćemo ga.
Na vrijednost specifične topline utječu temperatura tvari, tlak i drugi termodinamički parametri. Kako temperatura tvari raste, njen specifični toplinski kapacitet se u pravilu povećava, ali neke tvari imaju potpuno nelinearnu krivulju ove ovisnosti. Na primjer, povećanjem temperature od 0°C do 37°C, specifični toplinski kapacitet vode opada, a nakon 37°C do 100°C raste (vidi sliku lijevo). Osim toga, specifični toplinski kapacitet ovisi o tome kako se termodinamički parametri tvari (pritisak, zapremina, itd.) smiju mijenjati; na primjer, specifična toplina pri konstantnom pritisku i pri konstantnoj zapremini su različite.
Formula za izračunavanje specifičnog toplotnog kapaciteta: S=Q/(m ΔT), gdje je Q količina topline koju je primila supstanca tokom zagrijavanja (ili oslobođena tokom hlađenja), m je masa tvari, ΔT je razlika između konačne i početne temperature supstance. Vrijednosti toplinskog kapaciteta mnogih građevinskih materijala prikazane su u donjoj tabeli.
Za vizualizaciju, dat ću i odnos između toplinske provodljivosti i toplinskog kapaciteta nekih marecijala, kao i ovisnost toplinskog kapaciteta i gustine:
Šta nam ova karakteristika materijala daje u praksi?
Za izradu zidova otpornih na toplinu koriste se toplinski intenzivni materijali. Ovo je važno za domove s periodičnim grijanjem, kao što su peći. Toplotno intenzivni materijali i zidovi od njih dobro akumuliraju toplinu. Čuvajte ga tokom rada sistem grijanja(peć) i postepeno davati nakon isključivanja sistema grijanja, čime se omogućava održavanje ugodna temperatura tokom dana. Što se više toplote može uskladištiti u toplotno intenzivnoj strukturi, to će temperatura u prostoriji biti stabilnija. Zanimljivo je napomenuti da cigla i beton, tradicionalni u gradnji kuća, imaju znatno manji toplinski kapacitet od, na primjer, ekspandiranog polistirena, a ecowool je tri (!) puta više toplinski od betona. Međutim, masa nije uzalud uključena u formulu toplotnog kapaciteta. Upravo ogromna masa betona ili cigle u usporedbi s istom ecowool-om omogućava akumuliranje značajnih količina topline u kamenim zidovima kuća i izglađivanje dnevnih temperaturnih kolebanja. A upravo je zanemariva masa izolacije u okvirnim kućama, unatoč većem toplinskom kapacitetu, tj. slaba tačka sve tehnologije okvira.
Da bi se riješio opisani problem, u okvirne kuće ugrađuju se masivni akumulatori topline - strukturni elementi koji imaju veliku masu s dovoljno visokom vrijednošću toplinskog kapaciteta. Moglo bi biti i nešto unutrašnji zidovi cigla, masivna peć ili kamin, betonske košuljice. Namještaj u kući je također dobar akumulator topline, jer šperploča, iverica i bilo koje drvo mogu pohraniti skoro tri puta više topline po kilogramu težine od iste cigle. Nedostatak ovog pristupa je što se akumulator topline mora projektirati u fazi projektiranja. okvirna kuća. Zbog svoje ogromne težine potrebno je unaprijed projektirati temelj, zamisliti kako će se ovaj objekt uklopiti u unutrašnjost. Vrijedi napomenuti da masa još uvijek nije jedini kriterij, već je potrebno vrednovati upravo obje karakteristike: masa i toplinski kapacitet. Čak će i zlato, sa svojom nevjerovatnom težinom ispod 20 tona po kubnom metru, kao skladište topline raditi samo 23% bolje od betonske kocke teške 2,5 tone.
Ali najbolja tvar za akumulator topline nije beton ili čak cigla! Bakar, bronza i gvožđe su dobri, ali su preteški. Voda! Voda ima ogroman toplinski kapacitet, najveći među dostupnim tvarima. Gasovi helijum (5190 J/(kg K) i vodonik (14300 J/(kg K)) imaju još veći toplotni kapacitet, ali su malo problematični za upotrebu...
Izračunao sam količinu uskladištene toplotne energije u 1 m³ i 1 toni materijala pri ΔT=1 °C. Q=C m ΔT
Kao što se vidi iz grafičkog prikaza podataka, nijedan materijal ne može konkurirati vodi po količini akumulirane topline! Za skladištenje 1 MJ toplote potrebno nam je 240 litara vode ili skoro 8 tona zlata! Voda akumulira toplinu 2,6 puta više od cigle (s istom zapreminom). U praksi to znači da je najbolje koristiti posude za vodu kao vrlo efikasno skladište topline. Implementacija poda s toplom vodom također će pomoći u poboljšanju stabilnosti temperaturnog režima.
Međutim, ova razmatranja su primjenjiva za temperature ne veće od 100°C. Nakon ključanja voda prelazi u drugo fazno stanje i dramatično mijenja svoj toplinski kapacitet.
Matematičke vježbe
Da bih izračunao gubitak topline i sistem grijanja mog budućeg doma, koristio sam specijaliziranu softvera o proračunu elemenata inženjerskih sistema "VALTEC" od određenog doo "Vesta-Trading". Program VALTEC.PRG je u javnom vlasništvu i omogućava proračun vodenog radijatora, podnog i zidnog grijanja, određivanje toplinske potrebe prostora, potrebnih troškova hladnoće, vruća voda, zapremine kanalizacije, za dobijanje hidrauličnih proračuna unutrašnjih mreža toplotne i vodosnabdevanja objekta. Dakle, koristeći ovaj divan besplatni program, izračunao sam da je gubitak topline moje kuće površine 152 kvadratnih metara iznose nešto manje od 5 kW toplotne energije. Dnevno izlazi 120 kWh ili 432 MJ toplote. Ako pretpostavimo da ću koristiti vodeni akumulator toplote koji će se jednom dnevno zagrijati do 85°C od bilo kojeg izvora topline i postepeno će odavati toplinu sistemu podnog grijanja do temperature od 25°C (ΔT = 60°C), tada mi je za akumulaciju 432 MJ toplote potreban kapacitet m=Q/(C ΔT), 432/(4,184 60)=1,7 m³.
A šta bi se dogodilo da u kuću ugradim, na primjer, zidanu peć. Cigla od 1 tone zagrijana u ložištu do 500 ° C u potpunosti nadoknađuje gubitak topline moje kuće tokom dana. U ovom slučaju, zapremina cigle će biti oko 0,5 kubnih metara.
Značajka projekta moje kuće (općenito, ništa posebno) je grijanje podom s toplom vodom. Cijev nosača topline će biti položena u sloj betonske košuljice od 7 cm ispod cijele površine poda (152 m²) - to je 10,64 m³ betona! Ispod betonske košuljice je predviđena drveni pod na gredama sa 25 centimetara izolacije od polistirenske pjene - možemo reći da će kroz takvu izolaciju 1 m² poda izgubiti oko 4 W topline, što se, naravno, može sa sigurnošću zanemariti. Koliki će biti toplinski kapacitet poda? Na temperaturi rashladnog sredstva od 27°C, betonska košuljica će apsorbirati 580 MJ topline, što je ekvivalentno 161 kWh energije i više nego pokriva dnevnu potrebu za toplinom. Drugim riječima, zimi na -20 ° C (za takve temperature izračunat je gubitak topline kod kuće) morat ću zagrijati pod na 27 ° C svaka dva dana, a ako ugradite dodatni akumulator topline za vodu za 1000 litara, tada će bojler raditi i dva puta sedmično.
Evo ga, toplotni kapacitet uz vrlo površno razmatranje.
Apsorpcija toplote
Koeficijent apsorpcije topline (engleska U-vrijednost) odražava sposobnost materijala da apsorbira toplinu kada temperatura fluktuira na njegovoj površini, ili, drugim riječima, ovaj S koeficijent pokazuje sposobnost površine materijala s površinom od 1 m² da apsorbuje toplotu za 1 s uz temperaturnu razliku od 1°C. Kako se to može shvatiti iz svakodnevnog života? Ako istovremeno primijenite obje ruke na dvije površine betona i pjenaste plastike koje imaju istu temperaturu, tada će se prva percipirati kao hladnija - eksperiment je i dalje s školske lekcije fizike. Ovaj osjećaj je uzrokovan činjenicom da betonska površina oduzima (asimilira) toplinu od ruke intenzivnije od pjene, budući da beton ima veći koeficijent upijanja topline (Sconcrete = 18 W / (m² ° C), Seps = 0,41 W / (m² ·°C)), unatoč činjenici da je specifični toplinski kapacitet pjenaste plastike jedan i pol puta veći od betona.
Vrijednost koeficijenta apsorpcije topline S materijala sa periodom fluktuacije toplotnog fluksa od 24 h proporcionalno koeficijentu toplotne provodljivosti λ, W / (m K), specifičnoj toploti c, J / (kg K), i gustini materijala ρ, kg / m³, i obrnuto proporcionalno periodu toplotnih oscilacija T, c (formula na lijevo). Ali u građevinskoj praksi koriste se formule koje uzimaju u obzir učinak masenog omjera vlage u materijalu i klimatskih uvjeta rada. Kako vas ne bih zatrpao nepotrebnim informacijama, predlažem korištenje već izračunatih tabelarnih podataka iz SNiP II-3-79 "Građevinska toplotna tehnika". Najzanimljivije sam sakupio u maloj tabeli.
Termoizolacioni materijali visoka efikasnost (manja toplotna provodljivost) imaju veoma nizak koeficijent apsorpcije toplote, tj. kada se temperatura promijeni, površine oduzimaju manje topline i stoga se aktivno koriste za izolaciju konstrukcija i uređaja s oštro promjenjivim načinom rada.
Temperaturne fluktuacije na vanjskoj površini materijala, zauzvrat, uzrokuju temperaturne fluktuacije u samom materijalu, a one će postupno slabiti u debljini materijala.
Tokom procesa izgradnje, još nisam čuo za apsorpciju toplote materijala ni od jednog graditelja - mogli biste steći utisak da je to neka vrsta teoretskog i ne baš važan parametar. Međutim, to nije slučaj - apsorpcija topline unutrašnjih završnih materijala, kao što su podovi, direktno utječe na osjećaj udobnosti. Hoćete li moći udobno da hodate bosi po podu ili ćete morati da nosite papuče tokom cele godine? Za podove postoje norme za granični koeficijent apsorpcije topline. Normativna vrijednost toplinske apsorpcije premaza za podove stambenih zgrada, bolnica, ambulanti, klinika, općeobrazovnih i dječjih škola, vrtića - ne više od 12 W / (m2 - ° C); za spratove javnih zgrada, osim navedenih, pomoćnih zgrada i prostorija industrijska preduzeća, gradilišta sa stalnim poslovima u grijanoj industrijske zgrade gde se obavljaju laki fizički radovi (kategorija I) - ne više od 14 W / (m2-°S); za podove u grijanim prostorijama industrijskih zgrada u kojima se obavljaju srednje teški fizički radovi (kategorija II) - ne više od 17 W / (m2 - ° C).
Stopa apsorpcije toplote nije standardizovana: u prostorijama sa temperaturom podne površine iznad 23 °C; u grijanom industrijskih prostorija gde se obavljaju teški fizički radovi (III kategorija); u industrijskim zgradama, ako se na podne površine stalnih radnih mjesta polažu drveni štitnici ili toplotnoizolacijske prostirke; in javne zgrade, čiji rad nije povezan sa stalnim prisustvom ljudi u njima (dvorane muzeja i izložbi, foajei pozorišta i kina itd.).
Termička inercija
Toplotna inercija je sposobnost omotača zgrade da se odupre promjenama u temperaturnom polju pod različitim toplinskim efektima. Određuje broj talasa temperaturnih fluktuacija koji se nalaze (prigušeni) u debljini ograde.
Parametar apsorpcije topline neraskidivo je povezan s toplinskom inercijom materijala. Na slici koja ilustruje prolaz temperaturnih talasa u debljini materijala, možete videti talasnu dužinu, označenu sa l. Broj takvih valova koji se nalaze u debljini ograde pokazatelj je toplinske inercije ograde. Brojčanu vrijednost ovog indikatora ima naziv "masivne ograde" i označava se sa D. On je jednak proizvodu njegovog toplotnog otpora R za homogenu ogradu koeficijentom apsorpcije toplote materijala S: D=RS.
D je bezdimenzionalna veličina. U ogradi sa D=8,5 postoji oko jedan ceo temperaturni talas. Kod D< 8,5 в ограждении распологается неполная волна (т.е. запаздывание колебаний на внутренней поверхности по отношению к колебаниям на наружней поверхности менее одного периода; при Т=24 часа запаздывание менее суток), а при D >8,5 - više od jednog temperaturnog talasa se nalazi u debljini.
Za višeslojne ograde, njena masivnost se definira kao zbir masivnosti pojedinačnih slojeva:
D=R1S1+R2S2+....RnSn, gdje
R1, R2, Rn - termička otpornost pojedinih slojeva,
S1, S2, Sn - izračunati koeficijenti toplinske apsorpcije materijala pojedinih slojeva konstrukcije.
Ograda se razmatra
Bez inercije kod D< 1,5;
"Svjetlo" na D od 1,5 do 4;
"Srednji masivni" sa D od 4 do 7;
"Masivno" na D > 7.
Zanimljivo je uporediti "masivnost" D ograde napravljene od, na primjer, 20 cm ekspandiranog polistirena PSB-25 i opeke od gline:
D eps=R (0,2/0,035) * S (0,41)=2,34 (napon hladnoće napolju će uticati na unutrašnju temperaturu nakon otprilike 6,6 sati)
D cigla = R (0,2/0,7) * S (9,2) = 2,63 (hladnoća vani će uticati na unutrašnju temperaturu nakon otprilike 7,5 sati)
Vidimo da je cigla samo 12% "masivnija" od polistirenske pjene! Zanimljiv rezultat, ali treba napomenuti da se u stvarnosti najčešće koristi tanja pjenasta izolacija (standardni SIP panel - 15 cm EPS), a deblji zidovi su od cigle. Dakle, sa debljinom zida od cigle od 60 cm, parametrom D = 7,9, a ovo je već "masivna" struktura u svakom smislu te reči, temperaturni talas će prolaziti kroz takav zid oko 22 sata.
Toplotna inercija je svakako zanimljiva pojava, ali kako je uzeti u obzir pri odabiru grijača? Možemo zamisliti fizički proces prolaska toplotnog vala kroz našu izolaciju, ali ako pogledamo temperaturu unutrašnje površine (Tse), njenu amplitudu (A) i gubitak topline (Q), postaje pomalo nejasno kako se to parametar (D) može uticati na izbor. Na primjer, uzmite debljinu od 30 cm:
Zid od opeke D=3,35, A=2°C, Tse=15°C, Q=31;
Ekspandirani polistiren D=3,2, A=0,1°C, Tse=19,7°C Q=2,4;
Očigledno, uz gotovo jednaku termičku inerciju s pjenom, bit će osjetno toplije! Međutim, toplotna inercija utiče na takozvanu termičku stabilnost zgrada. Prema " Građevinska toplotna tehnika"prilikom izračunavanja potrebnog otpora na prijenos topline, izračunata zimska temperatura vanjskog zraka ovisi upravo o toplinskoj inerciji! Što je toplinska inercija veća, to je manji utjecaj nagle promjene temperature vanjskog zraka na stabilnost unutrašnja temperatura Ova zavisnost ima sljedeći oblik:
D<=1,5: Расчётная зимняя температура tн равна температуре наиболее холодных суток обеспеченностью 98%;
1.5 < D < 4: tн равна температуре наиболее холодных суток обеспеченностью 92%;
4 < D < 7: tн равна средней температуре наиболее холодных ТРЁХ суток;
D >7: tn je jednako prosječnoj temperaturi najhladnijih PET dana sa sigurnošću od 92%.
Čudno, ali u istom dokumentu nema prosječne temperature za najhladnija tri dana, ali u SNiP 23-01-99 postoji stavka "temperatura najhladnijeg petodnevnog perioda sa sigurnošću od 98%, mislim može se koristiti za proračun. Tablica na lijevoj strani ( kao i uvek, postoje neslaganja u dokumentima). Dozvolite mi da objasnim na primjeru:
Mi gradimo okvirna kuća u Brestu, te ga izolirati sa 15 cm mineralne vune. Toplinska inercija konstrukcije D=1,3. To znači da u svim proračunima temperaturu vanjskog zraka trebamo uzeti kao -31°C.
Gradimo kuću u Brestu od porobetona debljine 30 cm D=3,9. Sada možemo izvršiti proračune temperature za -25°S.
Konačno, gradimo kuću u Brestu od drveta Pushcha prečnika 30 cm D = 9,13. Njegova inercija omogućava termičke proračune za temperature ne niže od -21°S.
Masivni toplotno intenzivni zidovi ljeti mogu poslužiti kao pasivni regulator temperature u prostorijama zbog dnevne temperaturne razlike. Zidovi koji su se ohladili tokom noći hlade vrući vazduh koji dolazi sa ulice tokom dana i obrnuto. Takva regulacija je korisna kada je prosječna dnevna temperatura zraka ugodna za osobu. Ali ako noću nije previše hladno, a danju je jako vruće, onda ne možete bez klima uređaja u kamenoj kući. Zimi su masivni vanjski zidovi apsolutno beskorisni kao regulator klime. Zimi je hladno danju i noću. Ako se kuća grije ne stalno, već povremeno, na primjer, drvima za ogrjev, tada je potrebna masivna kamena peć kao akumulator topline, a ne vanjski zidovi od opeke. Da bi vanjski zidovi zimi postali akumulator topline potrebno ih je dobro izolirati izvana! Ali tada ljeti ovi zidovi više neće moći brzo da se ohlade preko noći. Bit će to ista okvirna kuća sa izolacijom, ali s unutarnjim akumulatorom topline.
Za vizuelnu vizualizaciju toplotnih procesa koji se dešavaju u debljini homogenog materijala, napravio sam interaktivni fleš disk u kojem možete podesiti ulaznu i izlaznu temperaturu, promeniti debljinu materijala u određenim granicama i odabrati (sa kratke liste najzanimljiviji sa moje tačke gledišta) sam materijal. Dio matematike u fleš disku zasniva se na formulama iz SNiP II-3-79 "Građevinska toplotna tehnika" i može se malo razlikovati od mojih drugih primjera zbog izuzetno različitih podataka o karakteristikama istog materijala, o različitim zahtjevima mikroklime od izvora do izvora (SNiP, KTP), pa čak i sa proračunima u svim priručnicima zbog proizvoljnog zaokruživanja kako u priručnicima tako i sa moje strane =) Svi proračuni, da tako kažem, su istraživački.
