Vytvorenie optimálnej mikroklímy a spotreba tepelnej energie na vykurovanie súkromného domu v chladnom období do značnej miery závisí od tepelnoizolačných vlastností stavebných materiálov, z ktorých bola táto budova postavená. Jednou z týchto vlastností je tepelná kapacita. Táto hodnota sa musí brať do úvahy pri výbere stavebných materiálov na výstavbu súkromného domu. Preto sa tepelná kapacita niektorých stavebných materiálov bude ďalej posudzovať.
Definícia a vzorec tepelnej kapacity
Každá látka je v tej či onej miere schopná absorbovať, uchovávať a zadržiavať termálna energia. Na opis tohto procesu sa zaviedol pojem tepelná kapacita, čo je vlastnosť materiálu absorbovať tepelnú energiu, keď sa ohrieva okolitý vzduch.
Na zahriatie akéhokoľvek materiálu s hmotnosťou m z teploty t počiatočnej na teplotu t konečná bude potrebné vynaložiť určité množstvo tepelnej energie Q, ktoré bude úmerné hmotnosti a teplotnému rozdielu ΔT (t konečná -t počiatočná). Preto vzorec tepelnej kapacity bude vyzerať takto: Q \u003d c * m * ΔT, kde c je koeficient tepelnej kapacity (špecifická hodnota). Dá sa vypočítať podľa vzorca: c \u003d Q / (m * ΔT) (kcal / (kg * ° C)).
Podmienečne za predpokladu, že hmotnosť látky je 1 kg a ΔТ = 1 °C, môžeme získať, že c = Q (kcal). To znamená, že merná tepelná kapacita sa rovná množstvu tepelnej energie vynaloženej na zahriatie 1 kg materiálu o 1 °C.
Späť na index
Využitie tepelnej kapacity v praxi
Na stavbu tepelne odolných konštrukcií sa používajú stavebné materiály s vysokou tepelnou kapacitou. To je veľmi dôležité pre súkromné domy, v ktorých ľudia žijú trvalo. Faktom je, že takéto konštrukcie vám umožňujú skladovať (akumulovať) teplo, takže v dome sa pomerne dlho udržiava príjemná teplota. Najprv ohrievač ohrieva vzduch a steny, po ktorých samotné steny ohrievajú vzduch. To vám umožní ušetriť peniaze za vykurovanie a spríjemniť váš pobyt. Pre dom, v ktorom ľudia bývajú pravidelne (napríklad cez víkendy), bude mať veľká tepelná kapacita stavebných materiálov opačný efekt: takáto budova sa bude pomerne ťažko rýchlo vykurovať.
Hodnoty tepelnej kapacity stavebných materiálov sú uvedené v SNiP II-3-79. Nižšie je uvedená tabuľka hlavných stavebných materiálov a hodnôt ich špecifickej tepelnej kapacity.
stôl 1
Tehla má vysokú tepelnú kapacitu, preto je ideálna na stavbu rodinných domov a stavbu pecí.
Keď už hovoríme o tepelnej kapacite, treba poznamenať, že vykurovacie pece odporúča sa stavať z tehly, pretože hodnota jej tepelnej kapacity je pomerne vysoká. To vám umožní používať rúru ako druh tepelného akumulátora. Tepelné akumulátory vo vykurovacích systémoch (najmä v systémoch ohrevu vody) sa každým rokom používajú čoraz viac. Takéto zariadenia sú vhodné v tom, že ich stačí raz dobre zahriať pomocou intenzívneho ohniska kotla na tuhé palivo, po ktorom vykúria váš dom celý deň a ešte viac. To výrazne ušetrí váš rozpočet.
Späť na index
Tepelná kapacita stavebných materiálov
Aké by mali byť steny súkromného domu, aby zodpovedali stavebné predpisy? Odpoveď na túto otázku má niekoľko odtieňov. Aby sme sa s nimi vysporiadali, uvedieme príklad tepelnej kapacity 2 najpopulárnejších stavebných materiálov: betónu a dreva. má hodnotu 0,84 kJ / (kg * ° C) a strom - 2,3 kJ / (kg * ° C).
Niekto by si na prvý pohľad mohol myslieť, že drevo je tepelne náročnejší materiál ako betón. To je pravda, pretože drevo obsahuje takmer 3-krát viac tepelnej energie ako betón. Na zohriatie 1 kg dreva treba minúť 2,3 kJ tepelnej energie, no keď sa ochladí, uvoľní do vesmíru aj 2,3 kJ. 1 kg betónovej konštrukcie je zároveň schopný akumulovať, a teda uvoľniť iba 0,84 kJ.
Neponáhľajte sa však so závermi. Napríklad musíte zistiť, akú tepelnú kapacitu bude mať 1 m 2 betónovej a drevenej steny s hrúbkou 30 cm.Na to musíte najskôr vypočítať hmotnosť takýchto konštrukcií. 1 m 2 z toho betónová stena bude vážiť: 2300 kg / m 3 * 0,3 m 3 \u003d 690 kg. 1 m 2 drevenej steny bude vážiť: 500 kg / m 3 * 0,3 m 3 \u003d 150 kg.
- pre betónovú stenu: 0,84*690*22 = 12751 kJ;
- pre drevenú konštrukciu: 2,3 * 150 * 22 = 7590 kJ.
Zo získaného výsledku môžeme usúdiť, že 1 m 3 dreva akumuluje teplo takmer 2-krát menej ako betón. Medzimateriál z hľadiska tepelnej kapacity medzi betónom a drevom je murivo, v jednotkovom objeme, ktorý za rovnakých podmienok bude obsahovať 9199 kJ tepelnej energie. Pórobetón ako stavebný materiál bude zároveň obsahovať len 3326 kJ, čo bude oveľa menej ako drevo. V praxi však môže byť hrúbka drevenej konštrukcie 15-20 cm, kedy sa pórobetón môže ukladať vo viacerých radoch, čím sa výrazne zvýši merné teplo steny.
| názov | cp dobre kJ/(kg °C) | názov | cp dobre kJ/(kg °C) |
|---|---|---|---|
| Acetón | 2,22 | Minerálny olej | 1,67…2,01 |
| Benzín | 2,09 | Mazací olej | 1,67 |
| Benzén (10 °C) | 1,42 | metylénchlorid | 1,13 |
| (40С) | 1,77 | Metylchlorid | 1,59 |
| Voda je čistá (0°С) | 4,218 | Morská voda (18°C) | |
| (10°С) | 4,192 | 0,5 % soli | 4,10 |
| (20°С) | 4,182 | 3% soli | 3,93 |
| (40°С) | 4,178 | 6% soli | 3,78 |
| (60°С) | 4,184 | Olej | 0,88 |
| (80°С) | 4,196 | nitrobenzén | 1,47 |
| (100°С) | 4,216 | tekutý parafín | 2,13 |
| Glycerol | 2,43 | (-10°С) | |
| Tar | 2,09 | 20% soli | 3,06 |
| Uhľový decht | 2,09 | 30% soli | 2,64…2,72 |
| difenyl | 2,13 | Merkúr | 0,138 |
| Dovterm | 1,55 | Terpentín | 1,80 |
| Petrolejová domácnosť | 1,88 | Metylalkohol (metanol) | 2,47 |
| Domáce petrolej (100°С) | 2,01 | Alkohol amoniak | 4,73 |
| Ťažký petrolej | 2,09 | Etylalkohol (etanol) | 2,39 |
| Kyselina dusičná 100% | 3,10 | toluén | 1.72 |
| kyselina sírová 100% | 1,34 | trichlóretylén | 0,93 |
| kyselina chlorovodíková 17% | 1,93 | chloroform | 1,00 |
| Kyselina uhličitá (-190°С) | 0,88 | etylénglykol | 2,30 |
| Stolárske lepidlo | 4,19 | Ester kyseliny kremičitej | 1,47 |
Špecifické teplo- to je to, čo je potrebné minúť na zahriatie 1 kilogramu látky o 1 stupeň Kelvina (alebo Celzia).
Fyzické rozmeršpecifické teplo: J / (kg K) \u003d J kg -1 K -1 \u003d m 2 s -2 K -1.
V tabuľke sú uvedené vo vzostupnom poradí hodnoty špecifického tepla rôznych látok, zliatin, roztokov, zmesí. Odkazy na tento zdroj sú uvedené za tabuľkou.
Pri použití tabuľky treba brať do úvahy približnú povahu údajov. Pre všetky látky závisí merná tepelná kapacita od teploty a . Pre zložité predmety (zmesi, kompozitné materiály, potraviny) sa môže špecifická tepelná kapacita pre rôzne vzorky výrazne líšiť.
| Látka | Agregátne stav | Špecifické tepelná kapacita, J/(kg K) |
| Zlato | pevný | 129 |
| Viesť | pevný | 130 |
| Iridium | pevný | 134 |
| Volfrám | pevný | 134 |
| Platina | pevný | 134 |
| Merkúr | kvapalina | 139 |
| Cín | pevný | 218 |
| Strieborná | pevný | 234 |
| Zinok | pevný | 380 |
| Mosadz | pevný | 380 |
| Meď | pevný | 385 |
| Constantan | pevný | 410 |
| železo | pevný | 444 |
| Oceľ | pevný | 460 |
| Vysoko legovaná oceľ | pevný | 480 |
| Liatina | pevný | 500 |
| nikel | pevný | 500 |
| diamant | pevný | 502 |
| Flint (sklo) | pevný | 503 |
| Kronglas (sklo) | pevný | 670 |
| kremenné sklo | pevný | 703 |
| Síra kosoštvorcový | pevný | 710 |
| Kremeň | pevný | 750 |
| Žula | pevný | 770 |
| Porcelán | pevný | 800 |
| Cement | pevný | 800 |
| kalcit | pevný | 800 |
| Čadič | pevný | 820 |
| Piesok | pevný | 835 |
| Grafit | pevný | 840 |
| Tehla | pevný | 840 |
| Okenné sklo | pevný | 840 |
| Azbest | pevný | 840 |
| Koks (0…100 °C) | pevný | 840 |
| Limetka | pevný | 840 |
| Minerálne vlákno | pevný | 840 |
| Zem (suchá) | pevný | 840 |
| Mramor | pevný | 840 |
| Soľ | pevný | 880 |
| Sľuda | pevný | 880 |
| Olej | kvapalina | 880 |
| Hlina | pevný | 900 |
| kamenná soľ | pevný | 920 |
| Asfalt | pevný | 920 |
| Kyslík | plynný | 920 |
| hliník | pevný | 930 |
| trichlóretylén | kvapalina | 930 |
| Absocement | pevný | 960 |
| silikátová tehla | pevný | 1000 |
| PVC | pevný | 1000 |
| chloroform | kvapalina | 1000 |
| Vzduch (suchý) | plynný | 1005 |
| Dusík | plynný | 1042 |
| Sadra | pevný | 1090 |
| Betón | pevný | 1130 |
| cukor | 1250 | |
| Bavlna | pevný | 1300 |
| Uhlie | pevný | 1300 |
| Papier (suchý) | pevný | 1340 |
| Kyselina sírová (100%) | kvapalina | 1340 |
| (pevný CO2) | pevný | 1380 |
| Polystyrén | pevný | 1380 |
| Polyuretán | pevný | 1380 |
| Guma (tvrdá) | pevný | 1420 |
| benzén | kvapalina | 1420 |
| Textolit | pevný | 1470 |
| Solidol | pevný | 1470 |
| Celulóza | pevný | 1500 |
| Kožené | pevný | 1510 |
| Bakelit | pevný | 1590 |
| Vlna | pevný | 1700 |
| Strojový olej | kvapalina | 1670 |
| Cork | pevný | 1680 |
| toluén | pevný | 1720 |
| Vinylplast | pevný | |
| Terpentín | kvapalina | 1800 |
| Berýlium | pevný | 1824 |
| Petrolejová domácnosť | kvapalina | 1880 |
| Plastové | pevný | 1900 |
| kyselina chlorovodíková (17%) | kvapalina | 1930 |
| Zem (mokrá) | pevný | 2000 |
| Voda (para 100°C) | plynný | 2020 |
| Benzín | kvapalina | 2050 |
| Voda (ľadová 0°C) | pevný | 2060 |
| Kondenzované mlieko | 2061 | |
| Uhľový decht | kvapalina | 2090 |
| Acetón | kvapalina | 2160 |
| Salo | 2175 | |
| Parafín | kvapalina | 2200 |
| drevovláknitá doska | pevný | 2300 |
| etylénglykol | kvapalina | 2300 |
| Etanol (alkohol) | kvapalina | 2390 |
| Drevo (dub) | pevný | 2400 |
| Glycerol | kvapalina | 2430 |
| metylalkohol | kvapalina | 2470 |
| tučné hovädzie mäso | 2510 | |
| Sirup | 2650 | |
| Maslo | 2680 | |
| strom (jedľa) | pevný | 2700 |
| Bravčové, jahňacie | 2845 | |
| Pečeň | 3010 | |
| Kyselina dusičná (100%) | kvapalina | 3100 |
| Vaječný bielok (kuracie mäso) | 3140 | |
| Syr | 3140 | |
| Chudé hovädzie mäso | 3220 | |
| hydinové mäso | 3300 | |
| Zemiak | 3430 | |
| Ľudské telo | 3470 | |
| Kyslá smotana | 3550 | |
| Lítium | pevný | 3582 |
| jablká | 3600 | |
| Klobása | 3600 | |
| chudé ryby | 3600 | |
| Pomaranče, citróny | 3670 | |
| Mladinové pivo | kvapalina | 3927 |
| Morská voda (6% soli) | kvapalina | 3780 |
| Huby | 3900 | |
| Morská voda (3% soľ) | kvapalina | 3930 |
| Morská voda (0,5% soľ) | kvapalina | 4100 |
| Voda | kvapalina | 4183 |
| Amoniak | kvapalina | 4730 |
| Lepidlo na drevo | kvapalina | 4190 |
| hélium | plynný | 5190 |
| Vodík | plynný | 14300 |
| Názov materiálu | Názov materiálu | C, kcal/kg*С |
| ABS | ABS, kopolymér akrylonitril-butadién-styrén | 0,34 |
| POM | Polyoxymetylén | 0,35 |
| PMMA | Polymetylmetakrylát | 0,35 |
| Ionomér | Ionoméry | 0,55 |
| PA6/6,6/6,10 | Polyamid 6/6,6/6,10 | 0,4
|
| PA 11 | Polyamid 11 | 0,58
|
| PA 12 | Polyamid 12 | 0,28 |
| Polykarbonát | 0,28 |
|
| PU | Polyuretán | 0,45 |
| PBT | Polybutyléntereftalát | 0,3-0,5 |
| Polyetylén | 0,55 |
|
| PET | Polyetyléntereftalát | 0,3-0,5 |
| PPO | Polyfenylénoxid | 0,4
|
| Karboxymetylcelulóza, polyaniónová celulóza | 0,27 |
|
| Polypropylén | 0,46 |
|
| PS (GP) | Polystyrén | 0,28 |
| PSU | polysulfón | 0,31 |
| PCV | PVC | 0,2 |
| SAN(AS) | Živice, kopolyméry na báze styrénu a akrylonitrilu | 0,32 |
Všeobecne sa uznáva, že na stavebné práce je vhodný akýkoľvek piesok. Ale nie je. Najprv je potrebné použiť iba špeciálne typy budov. Po druhé, je potrebné vziať do úvahy ich individuálne vlastnosti.
Špecifická hmotnosť a tepelná kapacita tohto materiálu zohrávajú dôležitú úlohu pri výbere jedného z jeho typov a budeme o nich diskutovať v tomto článku.
Klasifikácia
Jeho špecifické vlastnosti závisia od typu materiálu. Existuje niekoľko jeho odrôd. Podľa pôvodu sa delí na prírodné a umelé. Prvý typ má v závislosti od miesta extrakcie tieto odrody:
Kariéra
Lomový piesok sa ťaží v dôsledku deštrukcie hornín. Jeho zrná môžu byť od 0,16 do 3,2 mm. Vzhľadom na vlastnosti extrakcie sa ukazuje ako nekvalitná, pretože obsahuje veľa nečistôt vo forme hliny a prachu.
rozdrvený
Získava sa ničením a brúsením hornín. Tento proces prebieha na špeciálnych zariadeniach, takže ťažba tohto piesku sa odráža na jeho vysokej cene. Vďaka výslednému nepravidelnému tvaru sa zrnká piesku dobre spájajú medzi sebou aj s inými stavebnými materiálmi. Pri pridávaní takéhoto materiálu klesá spotreba betónu. 
Aplikácia: Používa sa na betónové konštrukcie, pri plnení ciest a chodníkov a tiež ako plnivo do suchých zmesí.
Vyššie uvedené odrody piesku sa líšia farbou. Takže kameňolom má žltý a hnedý odtieň a rieka sa nachádza v krémovej a šedej farbe.
Umelé
Za taký sa považuje, pretože prechádza špeciálnym spracovaním, po ktorom sa získa materiál, ktorý sa svojimi vlastnosťami líši od svojho originálu. Vytvorené drvením prírodných kameňov. 
Kremeň
Je najvyhľadávanejším zo všetkých umelých druhov. Získava sa mletím bieleho kremeňa. Po určitom spracovaní sa získa homogénna kompozícia bez nečistôt. Táto funkcia umožňuje vypočítať presné rozmery budúcej štruktúry. 
Aplikácia: kremenný vzhľad je široko používaný pri dokončovacích a dekoratívnych prácach, niekedy sa pridáva pri vytváraní cementová malta, ale to sa stáva veľmi zriedka. Zvyčajne sa nachádza vo farbách, plnidlách a drenážnych filtroch.
Existuje aj formovací piesok, ktorý sa používa pri formovaní kovových modelov.
Definícia množstva
Táto hodnota sa rovná hmotnosti, ktorá sa zmestí do jednotky objemu. Inými slovami, hustota. Najčastejšie sa v referenčnej literatúre meria v g / cm 3 alebo kg / m 3.
Špecifická hmotnosť piesku závisí od množstva nečistôt v ňom obsiahnutých a od vlhkosti materiálu. Zvyšuje sa vysoký obsah vody špecifická hmotnosť na jednotku objemu. Tento indikátor bude tiež závisieť od miesta skladovania piesku, čo sa stane:
- prirodzený výskyt;
- umiestnenie materiálu vo veľkom;
- umelé tesnenie.
Rovnaký typ piesku za týchto podmienok bude mať rôzne hodnoty.
Podľa GOST 8736-77 sa uvádza, že špecifická hmotnosť stavebného piesku sa môže pohybovať od 1150 do 1700 kg / m3.
Napríklad tabuľka zobrazuje niekoľko hodnôt jednotlivých odrôd.
| Druh piesku | Špecifická hmotnosť v kg / 1 m 3 |
| Utesnenie aluviálnych riek | 1200-1700 |
| 1650 | |
| 1590 | |
| Kariéra | 1500 |
| Námorná | 1620 |
| Kremeň | 1600-1700 |
| Mokrý | 1920 |
Tepelná kapacita
Ide o schopnosť materiálu prijímať, akumulovať a zadržiavať energiu. Tepelná kapacita je ukazovateľom termofyzikálnych vlastností piesku. Schopnosť zahrievania závisí od chemické zloženie, štruktúra a množstvo použitého materiálu. Preto konečné skóre bude závisieť od jeho suchosti. Dôležité pre cementové kompozície a pri betonáži stien.
| Rozmanitosť piesku | Špecifická tepelná kapacita v kJ/kg na 10 |
| Mokrý kremeň | 2,09 |
| Rieka suchá | 0,8 |
| Kariéra | 0,84 |
| Námorná |
Piesok sa považuje za najbežnejší materiál, ktorý sa využíva vo všetkých sférach ľudskej činnosti, najmä v stavebníctve. Je nepravdepodobné, že tam bude moderná budova všade tam, kde sa ako základný materiál používa piesok. Používa sa na betónová zmes alebo konvenčná murovacia malta tehlová stena. O tepelnej kapacite piesku sa bude diskutovať v článku.
Výhody
Piesok má množstvo výhod prostredníctvom ktorého je budova prevádzkovaná dlhé roky. Medzi hlavné patria:
- seizmická odolnosť;
- dobre toleruje náhle zmeny teploty, od silných mrazov po horúce podnebie;
- nízka kompresia materiál, pomáha umiestniť naň ťažký základ a zároveň dodatočne odpružiť celú budovu. Platí to najmä v oblastiach s častými zemetraseniami;
- priepustnosť vody, ktorá umožňuje čistenie mnohých kvapalín;
- široký rozsah aplikácií v iných oblastiach.
Pre pohodlie pri určovaní tepelnej kapacity materiálu sa v tomto prípade používa piesok, hotové tabuľky, ktoré zobrazujú výpočty. Používajú ich stavitelia na výpočty.
Tepelná vodivosť je tiež dôležité,
pri plánovaní zatepľovacie práce. Výber správneho materiálu je veľmi dôležitý, závisí od toho, koľko tepelnej energie musíte vynaložiť na vykurovanie hotovej miestnosti.
Hlavným problémom je nízka tepelná kapacita pieskového materiálu a hotová stavba, najmä ak ide o obytnú budovu, si vyžaduje dodatočnú tepelnú izoláciu. Tepelná vodivosť závisí od hustoty samotného materiálu. Ďalším dôležitým bodom je vlhkosť piesku.
Ako je uvedené v tabuľke nižšie, pri jeho zvyšovaní sa zvyšuje aj tepelná vodivosť pieskového materiálu.
Tabuľka - vyjadrenie hlavných parametrov tepelnej vodivosti piesku
Táto tabuľka pomôže začínajúcim staviteľom aj tým, ktorí nie sú v tomto biznise noví, rýchlo a presne vypočítať požadované množstvo pieskový materiál pre budúci vývoj. a tepelná kapacita je 840 Jkg * st.
Ak sa použije mokrý riečny piesok, potom budú parametre nasledovné: hmotnosť 1900 kgm3 má tepelnú vodivosť 0,814 W m*° a tepelnú kapacitu 2090 Jkg*°.
Všetky tieto údaje sú prevzaté z rôznych príručiek o fyzikálnych veličín a tabuľky tepelnej techniky, kde sú mnohé ukazovatele uvedené špeciálne pre stavebné materiály. Takže bude užitočné mať so sebou takúto knihu.
Aký je najlepší piesok na výrobu betónu?
Široké používanie piesku v stavebných prácach umožňuje rozšíriť rozsah použitia. On je univerzálny nástroj na varenie iný druh Riešenie:
- pre betónové zmesi;
- na ;
- steny;
- kladenie stien blokmi alebo tehlami;
- liatie nosných dlaždíc;
- výroba monolitu.
Môžete uviesť viac, hlavnou vecou je pochopiť podstatu. Ale pri stavbe rôznych druhov štruktúr sa používa piesok s rôznym zložením a vlastnosťami.
Jedinečná vlastnosť, prechod z sypkého stavu do hustého. Umožňuje použitie tohto materiálu na ochranné a prirodzené odpruženie základnej konštrukcie.
Ak vyčleníme výrobnú zložku betónu, tak tu stavebných organizácií a súkromní stavitelia uprednostňujú riečny piesok. Jeho vlastnosti vám umožňujú začať ho používať bez dodatočných manipulácií, ako je splachovanie, ako je napríklad lom.
Najčistejší spomedzi ťažených pieskov je ten, ktorý sa ťaží z dna aktívnych riek. Prechádza dodatočným umývaním a môže byť okamžite použitý na určený účel. Homogénna hmota a absencia zbytočných nečistôt robia tento typ piesku najobľúbenejším, a to aj napriek nákladom.
- špeciálny materiál a vyžaduje presný výpočet pomerov zložiek a jeho kvalita závisí od prítomnosti ílových hornín v piesku. Koniec koncov, vlastnosti hliny pri obalovaní zŕn piesku vyťaženého materiálu, čo priamo ovplyvňuje kvalitnú priľnavosť piesku k ostatným zložkám betónovej zmesi vrátane cementu.
Podľa vlastností piesok sa ďalej delí na triedy:
- prvá trieda;
- druhá trieda;
- špeciálne piesky.
Každá z uvedených skupín sa používa na použitie betónových výrobkov, ale iba na úzky okruh. Napríklad prvá trieda sa používa na odlievanie betónu, ktorého hlavné charakteristiky sú:
- kvalita;
- vysoká odolnosť voči vonkajším vplyvom;
- náhle zmeny teploty vrátane mrazuvzdornosti.
Piesky patriace do druhej triedy sa používajú iba na výrobu materiálov, ktoré nevyžadujú zvýšenú odolnosť proti vlhkosti, napríklad na dlaždice alebo obkladové konštrukcie.
Špeciálne pieskové zmesi potrebné na stavbu betónových resp železobetónové konštrukcie. Takéto zmesi umožňujú posilniť množstvo indikátorov kompresie a odolnosti voči atmosférickým zmenám.
Viac informácií o vlastnostiach a použití piesku nájdete vo videu:
Tepelná kapacita telies je schopnosť absorbovať určité množstvo tepla pri zahrievaní alebo ho pri ochladzovaní odovzdávať. Tepelná kapacita telesa je pomer nekonečne malého množstva tepla prijatého telesom k zodpovedajúcemu zvýšeniu jeho teploty. Táto hodnota sa meria v J/K. Pre praktické aplikácie sa používa merná tepelná kapacita. Špecifická tepelná kapacita je tepelná kapacita na jednotku množstva látky. Množstvo tejto látky sa zase dá merať v kubických metroch, kilogramoch alebo v móloch. Podľa toho, do ktorej kvantitatívnej jednotky tepelná kapacita patrí, sa rozlišuje objemová, hmotnostná a molárna tepelná kapacita. V stavebníctve sa asi nebudeme musieť zaoberať molárnymi meraniami, takže molárnu tepelnú kapacitu nechám na fyzikov.
Hmotnostná merná tepelná kapacita (označovaná písmenom C), tiež jednoducho nazývaná merná tepelná kapacita, je množstvo tepla, ktoré sa musí dodať jednotkovej hmotnosti látky, aby sa zohriala na jednotku teploty. V SI sa meria v jouloch na kilogram na kelvin - J / (kg K).
Objemová tepelná kapacita (C`) je množstvo tepla, ktoré sa musí dodať jednotke objemu látky, aby sa zohriala na jednotku teploty. V SI sa meria v jouloch na meter kubický na kelvin J/(m³ ·TO). V stavebných sprievodcoch sa zvyčajne uvádza hmotnostná špecifická tepelná kapacita - zvážime ju.
Hodnotu merného tepla ovplyvňuje teplota látky, tlak a ďalšie termodynamické parametre. So stúpajúcou teplotou látky sa jej merná tepelná kapacita spravidla zvyšuje, ale niektoré látky majú úplne nelineárnu krivku tejto závislosti. Napríklad so zvýšením teploty z 0°C na 37°C merná tepelná kapacita vody klesá a po 37°C až 100°C sa zvyšuje (pozri obrázok vľavo). Okrem toho merná tepelná kapacita závisí od toho, ako sa môžu meniť termodynamické parametre látky (tlak, objem atď.); napríklad špecifické teplo pri konštantnom tlaku a pri konštantnom objeme sú rôzne.
Vzorec na výpočet mernej tepelnej kapacity: С=Q/(m ΔT), kde Q je množstvo tepla prijatého látkou počas zahrievania (alebo uvoľneného počas chladenia), m je hmotnosť látky, ΔT je rozdiel medzi konečnou a počiatočnou teplotou látky. Hodnoty tepelnej kapacity mnohých stavebných materiálov sú uvedené v tabuľke nižšie.
Pre vizualizáciu uvediem aj vzťah medzi tepelnou vodivosťou a tepelnou kapacitou niektorých maretiálov a tiež závislosť tepelnej kapacity a hustoty:
Čo nám táto charakteristika materiálov dáva v praxi?
Pri stavbe tepelne odolných stien sa používajú tepelne náročné materiály. To je dôležité pre domy s periodickým vykurovaním, ako sú kachle. Tepelne náročné materiály a steny z nich dobre akumulujú teplo. Uskladňujte ho počas práce vykurovací systém(pec) a postupne dávať po vypnutí vykurovacieho systému, čím vám umožní udržiavať komfortná teplota počas dňa. Čím viac tepla môže byť uložené v tepelne náročnej konštrukcii, tým stabilnejšia bude teplota v miestnosti. Zaujímavosťou je, že tehla a betón, tradičné v stavbe domov, majú výrazne nižšiu tepelnú kapacitu ako napríklad expandovaný polystyrén a ecowool je trikrát (!) tepelne náročnejšia ako betón. Avšak hmotnosť nie je márne zahrnuté vo vzorci tepelnej kapacity. Je to obrovská masa betónu alebo tehly v porovnaní s tou istou ecowool, ktorá umožňuje akumulovať značné množstvo tepla v kamenných stenách domov a vyrovnávať denné teplotné výkyvy. A je to práve zanedbateľná hmotnosť izolácie v rámových domoch, napriek väčšej tepelnej kapacite slabý bod všetky rámové technológie.
Na vyriešenie opísaného problému sú v rámových domoch inštalované masívne tepelné akumulátory - konštrukčné prvky, ktoré majú vysokú hmotnosť s dostatočne vysokou hodnotou tepelnej kapacity. Môžu to byť aj nejaké vnútorné steny tehla, masívna pec alebo krb, betónové potery. Nábytok v dome je tiež dobrým akumulátorom tepla, pretože preglejka, drevotrieska a akýkoľvek strom dokážu uložiť takmer trikrát viac tepla na kilogram hmotnosti ako tá istá tehla. Nevýhodou tohto prístupu je, že tepelný akumulátor musí byť navrhnutý už v štádiu projektovania. rámový dom. Vzhľadom na jeho enormnú hmotnosť je potrebné vopred navrhnúť základy, predstaviť si, ako bude tento objekt integrovaný do interiéru. Stojí za zmienku, že hmotnosť stále nie je jediným kritériom, je potrebné zhodnotiť práve obe vlastnosti: hmotnosť a tepelnú kapacitu. Dokonca aj zlato so svojou neuveriteľnou hmotnosťou pod 20 ton na meter kubický bude ako zásobník tepla fungovať len o 23 % lepšie ako betónová kocka s hmotnosťou 2,5 tony.
Ale najlepšou hmotou pre tepelný akumulátor nie je betón alebo dokonca tehla! Meď, bronz a železo sú dobré, ale sú príliš ťažké. Voda! Voda má obrovskú tepelnú kapacitu, najväčšiu spomedzi dostupných látok. Plyny Hélium (5190 J/(kg K) a Vodík (14300 J/(kg K)) majú ešte väčšiu tepelnú kapacitu, ale sú trochu problematické na použitie...
Množstvo akumulovanej tepelnej energie som vypočítal v 1 m³ a 1 tone materiálu pri ΔT=1 °C. Q=CmAT
Ako je zrejmé z grafického znázornenia údajov, žiadny materiál nemôže konkurovať vode v množstve akumulovaného tepla! Aby sme uchovali 1 MJ tepla, potrebujeme 240 litrov vody alebo takmer 8 ton zlata! Voda akumuluje teplo 2,6-krát viac ako tehla (pri rovnakom objeme). V praxi to znamená, že ako veľmi efektívny zásobník tepla je najlepšie využiť nádoby na vodu. Realizácia teplej vodnej podlahy tiež pomôže zlepšiť stabilitu teplotného režimu.
Tieto úvahy však platia pre teploty nepresahujúce 100 °C. Po varení prechádza voda do iného fázového stavu a dramaticky mení svoju tepelnú kapacitu.
Matematické cvičenia
Na výpočet tepelných strát a vykurovacieho systému môjho budúceho domu som použil špecializovaný softvér o výpočte prvkov inžinierskych systémov "VALTEC" od určitej LLC "Vesta-Trading". Program VALTEC.PRG je vo verejnej sfére a umožňuje vypočítať vodné radiátorové, podlahové a stenové vykurovanie, určiť potrebu tepla priestorov, potrebné náklady na chlad, horúca voda, objem odpadových vôd, získať hydraulické výpočty vnútorných sietí zásobovania teplom a vodou zariadenia. Takže pomocou tohto úžasného bezplatného programu som vypočítal, že tepelné straty môjho domu s rozlohou 152 metrov štvorcových predstavovať o niečo menej ako 5 kW tepelnej energie. Za deň vyjde 120 kWh alebo 432 MJ tepla. Ak predpokladáme, že budem používať vodný akumulátor tepla, ktorý sa raz za deň zohreje ľubovoľným zdrojom tepla až na 85 °C a bude postupne odovzdávať teplo do podlahového vykurovania až do teploty 25 °C (ΔT = 60 °C), potom na akumuláciu 432 MJ tepla potrebujem kapacitu m=Q/(C ΔT) , 432/(4,184 60)=1,7 m³.
A čo by sa stalo, keby som si do domu namontoval murovanú pec napr. Tehla s hmotnosťou 1 tony zohriata v ohnisku až na 500 ° C úplne kompenzuje tepelné straty môjho domu počas dňa. V tomto prípade bude objem tehly asi 0,5 metra kubického.
Charakteristickým znakom môjho projektu domu (vo všeobecnosti nie je nič zvláštne) je vykurovanie teplovodnou podlahou. Teplonosné potrubie bude uložené v 7 cm vrstve betónového poteru pod celou plochou podlahy (152 m²) - to je 10,64 m³ betónu! Pod betónovým poterom sa plánuje drevená podlaha na nosníkoch s 25 centimetrovou izoláciou z penového polystyrénu - môžeme povedať, že takýmto koláčom izolácie stratí 1 m² podlahy asi 4 W tepla, čo sa samozrejme dá bezpečne zanedbať. Aká bude tepelná kapacita podlahy? Pri teplote chladiacej kvapaliny 27°C betónový poter absorbuje 580 MJ tepla, čo zodpovedá 161 kWh energie a viac ako pokrýva dennú potrebu tepla. Inými slovami, v zime pri -20 ° С (pre také teploty sa počítali tepelné straty doma) budem musieť každé dva dni zohriať podlahu na 27 ° С a ak nainštalujete prídavný akumulátor tepla na 1000 litrov, potom bude fungovať kotol aj dvakrát týždenne.
Tu to je, tepelná kapacita pri veľmi povrchnom uvažovaní.
Absorpcia tepla
Koeficient absorpcie tepla (anglicky U-value) odráža schopnosť materiálu absorbovať teplo pri kolísaní teploty na jeho povrchu, alebo, inými slovami, tento koeficient S ukazuje schopnosť povrchu materiálu s plochou 1 m² absorbovať teplo po dobu 1 s pri teplotnom rozdiele 1 °C. Ako sa to dá pochopiť z každodenného života? Ak súčasne priložíte obe ruky na dva povrchy betónu a penového plastu, ktoré majú rovnakú teplotu, prvý bude vnímaný ako chladnejší - experiment je stále s školské hodiny fyzika. Tento pocit je spôsobený tým, že betónový povrch odoberá (asimiluje) teplo z ruky intenzívnejšie ako penový plast, keďže betón má vyšší koeficient absorpcie tepla (S betón = 18 W / (m² ° C), Seps = 0,41 W / (m² ·°C)), napriek tomu, že špecifická tepelná kapacita penového plastu je jeden a pol krát väčšia ako u betónu.
Hodnota koeficientu absorpcie tepla S materiálov s periódou kolísania tepelného toku 24 húmerné súčiniteľu tepelnej vodivosti λ, W / (m K), mernému teplu c, J / (kg K) a hustote materiálu ρ, kg / m³ a nepriamo úmerné perióde tepelných oscilácií T, c (vzorec naľavo). Ale v stavebnej praxi sa používajú vzorce, ktoré zohľadňujú vplyv hmotnostného pomeru vlhkosti v materiáli a klimatických podmienok prevádzky. Aby som vás nezahltil zbytočnými informáciami, navrhujem použiť už vypočítané tabuľkové údaje z SNiP II-3-79 "Stavebná tepelná technika". Tie najzaujímavejšie som zozbieral do malej tabuľky.
Tepelnoizolačné materiály vysoká účinnosť (nižšia tepelná vodivosť) majú veľmi nízky koeficient absorpcie tepla, t.j. pri zmene teploty povrchy odoberajú menej tepla, a preto sa aktívne využívajú na izoláciu štruktúr a zariadení s výrazne premenlivým prevádzkovým režimom.
Kolísanie teplôt na vonkajšom povrchu materiálu zase spôsobuje kolísanie teplôt v samotnom materiáli a tie sa budú postupne tlmiť v hrúbke materiálu.
Počas procesu výstavby som ešte od žiadneho stavebníka nepočul o tepelnej absorpcii materiálov - môžete mať dojem, že ide o nejakú teoretickú a nie veľmi dôležitý parameter. Nie je to však tak – pohltivosť tepla interiérových materiálov, akými sú podlahy, priamo ovplyvňuje pocit pohodlia. Môžete pohodlne chodiť naboso po podlahe, alebo budete musieť nosiť papuče po celý rok? Pre podlahy existujú normy pre limitný koeficient absorpcie tepla. Normatívna hodnota absorpcie tepla náteru pre podlahy obytných budov, nemocníc, ambulancií, kliník, všeobecných vzdelávacích a detských škôl, materských škôl - nie viac ako 12 W / (m2 - ° C); pre podlahy verejných budov, okrem vyššie uvedených, pomocných budov a priestorov priemyselné podniky, lokality s trvalými pracovnými miestami vo vykurovaných priemyselné budovy kde sa vykonáva ľahká fyzická práca (kategória I) - nie viac ako 14 W / (m2-°С); pre podlahy vo vykurovaných priestoroch priemyselných budov, kde sa vykonáva stredne ťažká fyzická práca (kategória II) - nie viac ako 17 W / (m2-°С).
Miera absorpcie tepla nie je štandardizovaná: v miestnostiach s povrchovou teplotou podlahy nad 23 °C; vo vyhrievanom priemyselné priestory kde sa vykonáva ťažká fyzická práca (III. kategória); v priemyselných budovách, ak sú na podlahových plochách stálych pracovísk položené drevené štíty alebo tepelnoizolačné rohože; v verejné budovy, ktorých prevádzka nie je spojená s neustálou prítomnosťou ľudí v nich (sály múzeí a výstav, foyer divadiel a kín a pod.).
Tepelná zotrvačnosť
Tepelná zotrvačnosť je schopnosť plášťa budovy odolávať zmenám v teplotnom poli pri rôznych tepelných vplyvoch. Určuje počet vĺn teplotných výkyvov umiestnených (utlmených) v hrúbke plotu.
Parameter absorpcie tepla je neoddeliteľne spojený s tepelnou zotrvačnosťou materiálov. Na obrázku znázorňujúcom prechod teplotných vĺn v hrúbke materiálu môžete vidieť vlnovú dĺžku označenú ako l. Počet takýchto vĺn umiestnených v hrúbke plotu je indikátorom tepelnej zotrvačnosti plotu. Číselná hodnota tohto ukazovateľa má názov "masívny plot" a označuje sa D. Rovná sa súčinu jeho tepelného odporu R pre homogénny plot koeficientom absorpcie tepla materiálu S: D=RS.
D je bezrozmerná veličina. V kryte s D=8,5 je asi jedna celá teplotná vlna. V 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 - v hrúbke sa nachádza viac ako jedna teplotná vlna.
Pri viacvrstvových plotoch je jeho masívnosť definovaná ako súčet masívnosti jednotlivých vrstiev:
D=R1S1+R2S2+....RnSn, kde
R1, R2, Rn - tepelný odpor jednotlivých vrstiev,
S1, S2, Sn - vypočítané koeficienty absorpcie tepla materiálu jednotlivých vrstiev konštrukcie.
Plot sa zvažuje
Bez zotrvačnosti v D< 1,5;
"Svetlo" pri D od 1,5 do 4;
"Stredne masívne" s D od 4 do 7;
"Masívne" pri D > 7.
Je zaujímavé porovnať "masovosť" D plotu vyrobeného napríklad z 20 cm expandovaného polystyrénu PSB-25 a hlinených tehál:
D eps=R (0,2/0,035) * S (0,41)=2,34 (chladné počasie vonku ovplyvní teplotu vo vnútri asi po 6,6 hodinách)
D tehla = R (0,2/0,7) * S (9,2) = 2,63 (chlad vonku ovplyvní teplotu vo vnútri asi po 7,5 hodinách)
Vidíme, že murivo je len o 12 % „masívnejšie“ ako pena! Zaujímavý výsledok, ale treba si uvedomiť, že v skutočnosti sa väčšinou používa tenšia penová izolácia (štandardný SIP panel - 15 cm EPS) a hrubšie steny sú murované. Takže pri hrúbke tehlovej steny 60 cm, parametri D = 7,9, a to už je v každom zmysle slova „masívna“ stavba, bude teplotná vlna prechádzať takouto stenou asi 22 hodín.
Tepelná zotrvačnosť je určite kuriózny jav, ale ako ju zohľadniť pri výbere ohrievača? Vieme si predstaviť fyzikálny proces prechodu tepelnej vlny cez našu izoláciu, ale ak sa pozrieme na teplotu vnútorného povrchu (Tse), jej amplitúdu (A) a tepelné straty (Q), je trochu nejasné, ako to parameter (D) môže ovplyvniť výber. Vezmime si napríklad hrúbku 30 cm:
Tehlová stena D=3,35, A=2°C, Tse=15°C, Q=31;
Expandovaný polystyrén D = 3,2, A = 0,1 °C, Tse = 19,7 °C, Q = 2,4;
Je zrejmé, že pri takmer rovnakej tepelnej zotrvačnosti s penou bude citeľne teplejšie! Tepelná zotrvačnosť má však vplyv na takzvanú tepelnú stabilitu budov. Podľa " Stavebná tepelná technika"pri výpočte potrebného odporu proti prestupu tepla závisí výpočtová zimná teplota vonkajšieho vzduchu práve od tepelnej zotrvačnosti! Čím väčšia tepelná zotrvačnosť, tým menší vplyv prudkej zmeny teploty vonkajšieho vzduchu na stabilitu vnútorná teplota. Táto závislosť má nasledujúci tvar:
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 sa rovná priemernej teplote najchladnejších PIATICH dní s 92% bezpečnosťou.
Napodiv, ale v tom istom dokumente nie je uvedená žiadna priemerná teplota pre najchladnejšie tri dni, ale v SNiP 23-01-99 je položka „teplota najchladnejšieho päťdňového obdobia so zabezpečením 98 %, myslím možno ho použiť na výpočet. Doska vľavo ( ako vždy sú v dokumentoch nezrovnalosti). Vysvetlím to na príklade:
staviame rámový dom v Breste a zaizolujte ho 15 cm minerálnej vlny. Tepelná zotrvačnosť konštrukcie D=1,3. To znamená, že pri všetkých výpočtoch by sme mali brať teplotu vonkajšieho vzduchu ako -31 ° С.
Staviame dom v Breste z pórobetónu hrúbky 30 cm D=3,9. Teraz môžeme vykonať výpočty teploty pre -25 ° С.
Nakoniec staviame dom v Breste z dreva Pushcha s priemerom 30 cm D = 9,13. Jeho zotrvačnosť umožňuje vykonávať tepelné výpočty pre teploty nie nižšie ako -21 ° С.
Masívne steny náročné na teplo v lete môžu slúžiť ako pasívny regulátor teploty v miestnostiach vzhľadom na denný teplotný rozdiel. Steny, ktoré v noci vychladli, cez deň ochladzujú horúci vzduch prichádzajúci z ulice a naopak. Takáto regulácia je užitočná, keď je priemerná denná teplota vzduchu pre človeka pohodlná. Ak však v noci nie je príliš chladno a cez deň je veľmi horúco, potom sa v kamennom dome nezaobídete bez klimatizácie. V zime sú masívne vonkajšie steny ako regulátor klímy absolútne nepoužiteľné. V zime je chladný deň aj noc. Ak sa dom nevykuruje neustále, ale pravidelne, napríklad palivovým drevom, potom je ako akumulátor tepla potrebná masívna kamenná pec, a nie tehlové vonkajšie steny. Aby sa vonkajšie steny stali v zime akumulátorom tepla, treba ich zvonku dobre izolovať! Ale potom v lete tieto steny už nebudú môcť rýchlo vychladnúť cez noc. Bude to rovnaký rámový dom s izoláciou, ale s vnútorným akumulátorom tepla.
Pre vizuálnu vizualizáciu tepelných procesov prebiehajúcich v hrúbke homogénneho materiálu som vyrobil interaktívny flash disk, v ktorom môžete upravovať vstupné a výstupné teploty, meniť hrúbku materiálu v určitých medziach a vyberať (z krátkeho zoznamu z môjho pohľadu najzaujímavejší) samotný materiál. Časť matematiky na jednotke flash je založená na vzorcoch z SNiP II-3-79 "Stavebné tepelné inžinierstvo" a môže sa mierne líšiť od mojich iných príkladov v dôsledku extrémne odlišných údajov o vlastnostiach toho istého materiálu, o rôznych požiadavkách na mikroklímu. od zdroja k zdroju (SNiPs, KTP), a to aj s výpočtami vo všetkých návodoch kvôli svojvoľnému zaokrúhľovaniu tak v návodoch, ako aj z mojej strany =) Všetky výpočty sú takpovediac prieskumné.
