السعة الحرارية المحددة للطوب. هل طوب النار الحديث ضار؟ السعة الحرارية المحددة لبنة السيليكات

الطوب هو مادة بناء جارية في تشييد المباني والهياكل. يميز الكثيرون الطوب الأحمر والأبيض فقط ، لكن أنواعه أكثر تنوعًا. وهي تختلف خارجيًا (الشكل واللون والأبعاد) وخصائص مثل الكثافة والسعة الحرارية.

تقليديا ، تتميز طوب السيراميك والسيليكات ، والتي لها تقنيات تصنيع مختلفة. من المهم معرفة أن كثافة الطوب وسعته الحرارية النوعية وكل نوع يمكن أن يختلف اختلافًا كبيرًا.

طوب السيراميك مصنوع من مواد مضافة مختلفة ويتم حرقه. السعة الحرارية النوعية للطوب الخزفي هي 700 ... 900 جول / (كجم درجة). متوسط ​​كثافة الطوب الخزفي 1400 كجم / م 3. وتتمثل مزايا هذا النوع في: السطح الأملس ، ومقاومة الصقيع والماء ، فضلاً عن مقاومة درجات الحرارة المرتفعة. يتم تحديد كثافة الطوب الخزفي من خلال مساميته ويمكن أن تتراوح من 700 إلى 2100 كجم / م 3. كلما زادت المسامية ، قلت كثافة الطوب.

يحتوي طوب السيليكات على الأصناف التالية: صلب ، مجوف ومسامي ، له عدة أحجام: مفرد ، واحد ونصف ومزدوج. متوسط ​​كثافة طوب السليكات 1600 كجم / م 3. مزايا طوب السليكات في عازل للصوت ممتاز. حتى إذا تم وضع طبقة رقيقة من هذه المادة ، فإن خصائص عزل الصوت ستبقى عند المستوى المناسب. تتراوح السعة الحرارية المحددة لطوب السيليكات من 750 إلى 850 جول / (كجم درجة).

يتم عرض قيم كثافة الطوب بمختلف أنواعه وقدرته الحرارية (الكتلة) المحددة في درجات حرارة مختلفة في الجدول:

وتجدر الإشارة إلى نوع آخر شائع من الطوب المواجه للطوب. لا يخاف من الرطوبة أو البرد. السعة الحرارية النوعية للطوب المواجه هي 880 J / (kg deg). تواجه الطوب ظلال من الأصفر الفاتح إلى الأحمر الناري. يمكن استخدام هذه المواد في أعمال التشطيب والمواجهة. كثافة هذا النوع من الطوب 1800 كجم / م 3.

تجدر الإشارة إلى فئة منفصلة من الطوب - الطوب الحراري. تشمل هذه الفئة طوب الدينا والكاربورندوم والمغنسيت وطوب النار. الطوب الحراري ثقيل جدًا - يمكن أن تصل كثافة الطوب من هذه الفئة إلى 2700 كجم / م 3.

يحتوي طوب الكربورندوم على أقل سعة حرارية عند درجات الحرارة العالية - 779 ج / (كجم درجة) عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية. يسخن البناء من هذا الطوب بشكل أسرع بكثير من النار ، لكنه يحتفظ بالحرارة بشكل أسوأ.

يتم استخدام الطوب الحراري في بناء الأفران مع درجات حرارة تشغيل تصل إلى 1500 درجة مئوية. تعتمد السعة الحرارية النوعية للطوب الحراري بشكل كبير على درجة الحرارة. على سبيل المثال ، السعة الحرارية المحددة لطوب النار هي 833 J / (كجم درجة) عند 100 درجة مئويةو 1251 جول / (كجم درجة) عند 1500 درجة مئوية.

مصادر:

1. Franchuk A. U. جداول الأداء الحراري لمواد البناء ، م: معهد أبحاث الفيزياء الإنشائية ، 1969 - 142 ص.
2. جداول الكميات الفيزيائية. الدليل. إد. أكاد. أنا ك. كيكوينا. م: أتوميزدات ، 1976. - 1008 ص. فيزياء البناء ، 1969 - 142 ص.

في البناء ، تعتبر السعة الحرارية لمواد البناء خاصية مهمة للغاية. تعتمد خصائص العزل الحراري لجدران المبنى عليه ، وبالتالي إمكانية الإقامة المريحة داخل المبنى. قبل الشروع في التعرف على خصائص العزل الحراري لمواد البناء الفردية ، من الضروري فهم ماهية السعة الحرارية وكيف يتم تحديدها.

السعة الحرارية النوعية للمواد

السعة الحرارية هي كمية فيزيائية تصف قدرة مادة ما على تراكم درجة الحرارة من بيئة ساخنة. من الناحية الكمية ، السعة الحرارية النوعية تساوي كمية الطاقة المقاسة بوحدة J والمطلوبة لتسخين جسم كتلته 1 كجم بمقدار 1 درجة.
يوجد أدناه جدول بالسعة الحرارية المحددة لمواد البناء الأكثر شيوعًا.

• نوع وحجم المادة المسخنة (V) ؛
• مؤشر السعة الحرارية النوعية لهذه المادة (محكمة) ؛
• الجاذبية النوعية (مللي أمبير) ؛
• درجات الحرارة الأولية والنهائية للمادة.

السعة الحرارية لمواد البناء

تعتمد السعة الحرارية للمواد ، التي ورد جدولها أعلاه ، على الكثافة والتوصيل الحراري للمادة.

ويعتمد معامل التوصيل الحراري بدوره على حجم المسام وانغلاقها. تحتوي المادة المسامية بدقة مع نظام مغلق من المسام على عزل حراري أكبر ، وبالتالي ، الموصلية الحرارية أقل من تلك التي يسهل اختراقها.

من السهل جدًا اتباع مثال المواد الأكثر شيوعًا في البناء. يوضح الشكل أدناه كيف يؤثر معامل التوصيل الحراري وسمك المادة على صفات الحماية من الحرارة للأسوار الخارجية.

يوضح الشكل أن مواد البناء ذات الكثافة المنخفضة لها معامل توصيل حراري أقل.
ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال دائما. على سبيل المثال ، هناك أنواع ليفية من العزل الحراري ينطبق عليها النمط المعاكس: كلما انخفضت كثافة المادة ، زادت الموصلية الحرارية.

لذلك ، لا يمكن الاعتماد فقط على مؤشر الكثافة النسبية للمادة ، ولكن الأمر يستحق النظر في خصائصها الأخرى.

الخصائص المقارنة للسعة الحرارية لمواد البناء الرئيسية

من أجل مقارنة السعة الحرارية لمواد البناء الأكثر شيوعًا ، مثل الخشب والطوب والخرسانة ، من الضروري حساب السعة الحرارية لكل منها.

بادئ ذي بدء ، تحتاج إلى تحديد الثقل النوعي للخشب والطوب والخرسانة. من المعروف أن 1 م 3 من الخشب تزن 500 كجم ، والطوب - 1700 كجم ، والخرسانة - 2300 كجم. إذا أخذنا جدارًا بسمك 35 سم ، فعندئذ من خلال حسابات بسيطة نحصل على أن الثقل النوعي لمتر مربع واحد من الخشب سيكون 175 كجم ، والطوب - 595 كجم ، والخرسانة - 805 كجم.
بعد ذلك ، نختار قيمة درجة الحرارة التي سيحدث عندها تراكم الطاقة الحرارية في الجدران. على سبيل المثال ، سيحدث هذا في يوم صيفي حار بدرجة حرارة هواء تبلغ 270 درجة مئوية. بالنسبة للظروف المحددة ، نحسب السعة الحرارية للمواد المختارة:

1. الجدار الخشبي: C = SudhmudhΔT ؛ Cder \ u003d 2.3x175x27 = 10867.5 (كيلو جول) ؛
2. جدار خرساني: C = SudhmudhΔT ؛ Cbet = 0.84x805x27 = 18257.4 (كيلوجول) ؛
3. جدار من الطوب: C = SudhmudhΔT ؛ Skirp = 0.88x595x27 = 14137.2 (كيلوجول).

من الحسابات التي تم إجراؤها ، يمكن ملاحظة أنه مع نفس سماكة الجدار ، تتمتع الخرسانة بأعلى سعة حرارية ، والخشب هو الأقل. ماذا يقول؟ يشير هذا إلى أنه في يوم صيفي حار ، سيتراكم الحد الأقصى من الحرارة في منزل مصنوع من الخرسانة ، والأقل من الخشب.

هذا ما يفسر حقيقة أنه في المنزل الخشبي يكون الجو باردًا في الطقس الحار ودافئًا في الطقس البارد. يتراكم الطوب والخرسانة بسهولة قدرًا كبيرًا من الحرارة من البيئة ، ولكن بنفس السهولة جزء منها.

السعة الحرارية والتوصيل الحراري للمواد

الموصلية الحرارية هي كمية فيزيائية للمواد التي تصف قدرة درجة الحرارة على الاختراق من سطح جدار إلى آخر.

لتهيئة ظروف مريحة في الغرفة ، من الضروري أن تتمتع الجدران بسعة حرارية عالية ومعامل منخفض للتوصيل الحراري. في هذه الحالة ، ستكون جدران المنزل قادرة على تجميع الطاقة الحرارية للبيئة ، ولكن في نفس الوقت تمنع تغلغل الإشعاع الحراري في الغرفة.

حول مسألة استخدام طوب النار والسيراميك في أعمال الفرن ، هناك الكثير من الخلافات والشائعات والتخمينات والأساطير المختلفة. على سبيل المثال ، غالبًا ما يكون هناك رأي مفاده أن طوب النار مادة مشعة ، وأن استخدامها ضار بالصحة.
من المقبول منذ فترة طويلة أن الموقد مصنوع من الطوب الخزفي ، وأن صندوق الاحتراق مبطن بطبقة من النار. يمكنك الآن العثور على مواقد ، ومدافئ ، وحفلات شواء مصنوعة بالكامل من طوب النار ، ولكن ما الذي يمكننا إخفاؤه - أنا نفسي أستخدم طوب النار في عملي.
دعنا نحاول معرفة ما هو موجود هنا ، ومقارنة هذين النوعين من الطوب وتحديد مجالات التطبيق الخاصة بهما.

لنبدأ ببعض النقاط النظرية.

توصيل حراري- قدرة المادة على نقل التدفق الحراري الناتج عن اختلاف درجات الحرارة على الأسطح المتقابلة من خلال سمكها. تتميز الموصلية الحرارية بكمية الحرارة (J) التي تمر لمدة ساعة واحدة من خلال عينة من مادة بسماكة 1 متر ، ومساحة 1 متر مربع ، مع اختلاف درجة الحرارة بمقدار 1 كلفن على الأسطح الموازية المستوية المقابلة.
السعة الحرارية- قدرة المادة على امتصاص الحرارة عند تسخينها. يتم تحديد السعة الحرارية من خلال نسبة كمية الحرارة الممنوحة للجسم إلى التغير المقابل في درجة الحرارة
المسامية- درجة امتلاء حجم المادة بالمسام ، مقاسة بالنسبة المئوية
كثافةيتم تحديد الطوب من خلال كتلة الطوب لكل وحدة من حجمها
مقاومة الصقيع- قدرة المادة على تحمل التجميد والذوبان بالتناوب في حالة مشبعة بالماء دون علامات التدمير

والآن دعونا نحاول التكهن بإمكانية استخدام طوب النار.

1. سوف يسخن طوب النار بشكل أسرع وستكون جدران الطوب أكثر سخونة ، ولكن في نفس الوقت يبرد في الوقت نفسه تقريبًا مثل السيراميك. لتأكيد ذلك ، تجارب يفغيني كولشين. هذا مريح للغاية ، على سبيل المثال ، في بطانة حشوات الموقد.
2. في حد ذاته ، تتمتع طوب النار بالشكل الهندسي الصحيح حيث يمكن أن يكون أي من الوجوه الستة أماميًا (بتعبير أدق ، لن تعمل 5 ملاعق بعلامة تجارية) - لا يمكن للطوب الخزفي أن يجادل في هذه الميزة (هناك 3 فقط منها ). هذه الحقيقة تسمح لك بالعمل تقريبًا بدون زواج.
أيضا ، وجود كتل fireclay (SB 94 ، SB 96) في بعض اللحظات يبسط العمل ويزيد من إمكانية استخدام fireclay (أرفف ، عناصر زخرفية)

3. دعنا ننتقل إلى التجربة الأوروبية. عناصر تخزين الحرارة الإضافية (بما في ذلك دوائر الدخان الإضافية) لـ Brunner و Jotul و Schmid و Olsberg مصنوعة من fireclay. تنتج الشركة الألمانية Wolfshoeher Tonwerke عناصر من الطين الحراري لتداول الدخان وأفران تخزين الحرارة. قليل من الناس ينتبهون ، ولكن هناك فئة خاصة - صناديق الاحتراق في الفرن: لا يمكن توصيلها إلا من خلال نظام تدوير الدخان.

4. بالطبع ، يختلف معامل التمدد لطوب النار والطوب الخزفي ، لذلك لا يوصى بشدة بتضميدها. تم تأكيد ذلك مرة أخرى من خلال تجربة Evgeny Kolchin.
5. غالبا ما يعتقد أن طوب النار ، عند تسخينها ، تنبعث منها مواد ضارة أو تكون مشعة بشكل عام. لا يزال هذا الأخير من الناحية النظرية (وفقط من الناحية النظرية!) ممكنًا إلى حد ما ، لأن كل شيء يعتمد على المكان الذي تم فيه تعدين الطين ، ولكن من الصعب تصديق الأول. على الأرجح ، فإن سبب الإشاعة حول إطلاق مواد ضارة هو كما يلي. طوب Fireclay هو أحد أنواع المواد المقاومة للصهر (مجموعات فرعية من حراريات الألومينو سيليكات: شبه حمضية ، طوب فيريكلاي وعالي الألومينا ؛ وهناك أيضًا ديناس ، موليت ومواد حرارية أخرى) ، وهناك الكثير منها ، وهي مصنوعة في طرق مختلفة. من الممكن أنه عند تسخينها ، يطلق بعضها مواد ضارة ، لكن هذا لا ينطبق على طوب النار ، لأنها مخصصة للاستخدام المنزلي.
6. عيب آخر لطوب النار هو مقاومة الصقيع الأقل مقارنة بالطوب الخزفي. سيقول الكثير إنه غير مناسب للشواء. لقد كنت أعمل كموقد منذ وقت ليس ببعيد ، لكن ما فعلته في الشارع منذ 3-5 سنوات لم يُظهر أي علامات على الدمار. نعم ، ويمكنك دائمًا حماية طوب النار بالورنيش أو الزجاج السائل نفسه

عند اختيار مادة مناسبة لنوع معين من أعمال البناء ، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لخصائصها التقنية. ينطبق هذا أيضًا على السعة الحرارية المحددة للطوب ، والتي تعتمد عليها بشكل كبير الحاجة إلى منزل للعزل الحراري اللاحق وزخرفة الجدار الإضافية.

خصائص الطوب التي تؤثر على استخدامه:

• حرارة نوعية. كمية تحدد مقدار الطاقة الحرارية المطلوبة لتسخين 1 كجم بمقدار 1 درجة.
• توصيل حراري. خاصية مهمة للغاية لمنتجات الطوب ، والتي تسمح لك بتحديد كمية الحرارة المنقولة من الغرفة إلى الشارع.
• يتأثر مستوى نقل الحرارة لجدار من الطوب بشكل مباشر بخصائص المواد المستخدمة في بنائه. في الحالات التي نتحدث فيها عن البناء متعدد الطبقات ، سيكون من الضروري مراعاة معامل التوصيل الحراري لكل طبقة على حدة.

سيراميك

معلومات مفيدة:

بناءً على تكنولوجيا الإنتاج ، يتم تصنيف الطوب إلى مجموعات السيراميك والسيليكات. علاوة على ذلك ، يحتوي كلا النوعين على مادة مهمة وسعة حرارية محددة وموصلية حرارية. المادة الخام المستخدمة في صناعة الطوب الخزفي ، والتي تسمى أيضًا باللون الأحمر ، هي الطين ، والتي يضاف إليها عدد من المكونات. يتم إطلاق الفراغات الخام المشكلة في أفران خاصة. يمكن أن يختلف مؤشر الحرارة النوعي في حدود 0.7-0.9 كيلو جول / (كجم · كلفن). أما بالنسبة لمتوسط ​​الكثافة فهو عادة عند مستوى 1400 كجم / م 3.

من بين نقاط القوة في طوب السيراميك:

1. سطح أملس. هذا يعزز جمالياتها الخارجية وسهولة التركيب.
2. مقاومة الصقيع والرطوبة. في ظل الظروف العادية ، لا تحتاج الجدران إلى رطوبة إضافية وعزل حراري.
3. القدرة على تحمل درجات الحرارة العالية. يتيح لك ذلك استخدام الطوب الخزفي لبناء المواقد والشواء والأقسام المقاومة للحرارة.
4. الكثافة 700 - 2100 كجم / م 3. تتأثر هذه الخاصية بشكل مباشر بوجود المسام الداخلية. مع زيادة مسامية المادة ، تقل كثافتها وتزداد خصائص العزل الحراري.

سيليكات

أما بالنسبة للطوب السيليكات ، فيمكن أن يكون ممتلئ الجسم ، مجوفًا ومساميًا. بناءً على الحجم ، يتم تمييز الطوب الفردي والطوب ونصف والمزدوج. في المتوسط ​​، تبلغ كثافة طوب السليكات 1600 كجم / م 3. يتم تقدير خصائص امتصاص الضوضاء لأحجار السليكات بشكل خاص: حتى لو كنا نتحدث عن جدار بسمك صغير ، فإن مستوى عزل الصوت سيكون بترتيب أعلى مما هو عليه في حالة استخدام أنواع أخرى من مواد البناء.

مواجهة

بشكل منفصل ، تجدر الإشارة إلى الطوب المواجه ، والذي يقاوم بنفس القدر من النجاح الماء ودرجة الحرارة. مؤشر الحرارة النوعية لهذه المادة عند مستوى 0.88 kJ / (kg · K) ، بكثافة تصل إلى 2700 kg / m3. يتم عرض الطوب المواجه للبيع في مجموعة متنوعة من الظلال. إنها مناسبة لكل من البطانة والتركيب.

المواد المقاومة للحرارة

يمثله طوب الديناص والكاربوراندوم والمغنسيت وطوب النار. كتلة الطوب الواحد كبيرة جدًا بسبب الكثافة الكبيرة (2700 كجم / م 3). أقل معدل للسعة الحرارية عند تسخينها هو للطوب الكربورندم 0.779 kJ / (kg K) لدرجة حرارة +1000 درجة. يتجاوز معدل تسخين الفرن ، الذي تم وضعه من هذا الطوب ، بشكل كبير تسخين حجارة البناء ، ومع ذلك ، يحدث التبريد بشكل أسرع.

الأفران مجهزة من الطوب المقاوم للحرارة ، مما يوفر تدفئة تصل إلى +1500 درجة. تتأثر السعة الحرارية النوعية لهذه المادة بدرجة كبيرة بدرجة حرارة التسخين. على سبيل المثال ، نفس لبنة النار عند +100 درجة لها سعة حرارية تبلغ 0.83 كيلو جول / (كجم كلفن). ومع ذلك ، إذا تم تسخينه إلى +1500 درجة ، فسيؤدي ذلك إلى زيادة السعة الحرارية حتى 1.25 كيلو جول / (كجم كلفن).

الاعتماد على درجة حرارة الاستخدام

يؤثر نظام درجة الحرارة بشكل كبير على المؤشرات الفنية للطوب:

• تريبيلني. في درجات حرارة من -20 إلى +20 ، تتراوح الكثافة في حدود 700-1300 كجم / م 3. مؤشر السعة الحرارية عند مستوى ثابت 0.712 kJ / (kg · K).
• سيليكات. يوفر نظام درجة حرارة مماثل من -20 - +20 درجة وكثافة 1000 إلى 2200 كجم / م 3 إمكانية السعات الحرارية النوعية المختلفة من 0.754 - 0.837 كيلو جول / (كجم ك).
• أدوبي. مع نفس درجة الحرارة مثل النوع السابق ، فإنه يدل على قدرة حرارية مستقرة 0.753 kJ / (kg K).
• أحمر. يمكن تطبيقها عند درجة حرارة 0-100 درجة. يمكن أن تتراوح كثافته من 1600 إلى 2070 كجم / م 3 ، وقدرته الحرارية من 0.849 إلى 0.872 كيلو جول / (كجم كلفن).
• الأصفر. تقلبات درجات الحرارة من -20 إلى +20 درجة والكثافة المستقرة 1817 كجم / م 3 تعطي نفس السعة الحرارية الثابتة التي تبلغ 0.728 كيلو جول / (كجم كلفن).
• مبنى. عند درجة حرارة +20 درجة وبكثافة 800-1500 كجم / م 3 ، تكون السعة الحرارية عند مستوى 0.8 كيلو جول / (كجم كلفن).
• مواجهة. نفس نظام درجة الحرارة +20 ، بكثافة مادية 1800 كجم / م 3 ، يحدد السعة الحرارية 0.88 كيلو جول / (كجم كلفن).
• ديناس. التشغيل عند درجة حرارة مرتفعة من +20 إلى +1500 وكثافة 1500-1900 كجم / م 3 يعني زيادة ثابتة في السعة الحرارية من 0.842 إلى 1.243 كيلو جول / (كجم · كلفن).
• كربورندم. عندما يتم تسخينها من +20 إلى +100 درجة ، فإن مادة بكثافة 1000-1300 كجم / م 3 تزيد تدريجياً سعتها الحرارية من 0.7 إلى 0.841 كيلو جول / (كجم · ك). ومع ذلك ، إذا استمر تسخين طوب الكربورندوم أكثر ، فإن قدرته الحرارية تبدأ في الانخفاض. عند درجة حرارة +1000 درجة ، ستكون مساوية لـ 0.779 كيلو جول / (كجم كلفن).
• المغنسيت. مادة بكثافة 2700 كجم / م 3 مع زيادة درجة الحرارة من +100 إلى +1500 درجة تزيد تدريجياً من سعتها الحرارية من 0.93-1.239 كج / (كجم · ك).
• الكروميت. يؤدي تسخين منتج بكثافة 3050 كجم / م 3 من +100 إلى +1000 درجة إلى زيادة تدريجية في السعة الحرارية من 0.712 إلى 0.912 kJ / (kg K).
• فيريكلاي. تبلغ كثافته 1850 كجم / م 3. عند التسخين من +100 إلى +1500 درجة ، تزداد السعة الحرارية للمادة من 0.833 إلى 1.251 كيلو جول / (كجم كلفن).

اختر الطوب المناسب ، اعتمادًا على المهام في موقع البناء.