Специфичен топлинен капацитет на тухла. Вредна ли е съвременната шамотна тухла? Специфичен топлинен капацитет на силикатна тухла

Тухлата е действащ строителен материал в строителството на сгради и конструкции. Мнозина различават само червена и бяла тухла, но нейните видове са много по-разнообразни. Те се различават както външно (форма, цвят, размери), така и свойства като плътност и топлинен капацитет.

Традиционно се разграничават керамични и силикатни тухли, които имат различни производствени технологии. Важно е да се знае, че плътността на тухла, нейният специфичен топлинен капацитет и всеки вид могат да варират значително.

Керамичните тухли се изработват от различни добавки и се изпичат. Специфичният топлинен капацитет на керамичните тухли е 700…900 J/(kg deg). Средната плътност на керамичните тухли е 1400 kg/m 3 . Предимствата на този тип са: гладка повърхност, устойчивост на замръзване и вода, както и устойчивост на високи температури. Плътността на керамичните тухли се определя от порьозността им и може да варира от 700 до 2100 kg/m 3 . Колкото по-висока е порьозността, толкова по-ниска е плътността на тухлите.

Силикатната тухла има следните разновидности: твърда, куха и пореста, има няколко размера: единична, една и половина и двойна. Средната плътност на силикатната тухла е 1600 kg/m 3 . Предимствата на силикатната тухла в отлична звукоизолация. Дори ако е положен тънък слой от такъв материал, звукоизолационните свойства ще останат на правилното ниво. Специфичният топлинен капацитет на силикатната тухла е в диапазона от 750 до 850 J/(kg deg).

Стойностите на плътността на тухли от различни видове и неговия специфичен (масов) топлинен капацитет при различни температури са представени в таблицата:

Трябва да се отбележи друг популярен вид тухла - облицовъчна тухла. Той не се страхува от влага или студ. Специфичният топлинен капацитет на облицовъчната тухла е 880 J/(kg deg). Облицовъчната тухла има нюанси от ярко жълто до огнено червено. Такъв материал може да се използва за довършителни и облицовъчни работи. Плътността на този тип тухла е 1800 kg/m 3 .

Струва си да се отбележи отделен клас тухли - огнеупорни тухли. Този клас включва динас, карборунд, магнезит и шамотни тухли. Огнеупорните тухли са доста тежки - плътността на тухлите от този клас може да достигне 2700 kg / m 3.

Карборундовата тухла има най-нисък топлинен капацитет при високи температури - той е 779 J / (kg deg) при температура от 1000 ° C. Зидарията от такава тухла се затопля много по-бързо, отколкото от шамот, но задържа топлината по-лошо.

Огнеупорните тухли се използват при изграждането на пещи с работни температури до 1500°C. Специфичният топлинен капацитет на огнеупорните тухли зависи значително от температурата. Например, специфичният топлинен капацитет на шамотните тухли е 833 J/(kg deg) при 100°Cи 1251 J/(kg deg) при 1500°С.

Източници:

1. Franchuk A. U. Таблици на топлинните характеристики на строителните материали, М .: Научноизследователски институт по структурна физика, 1969 - 142 стр.
2. Таблици на физическите величини. Указател. Изд. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. - 1008 с. строителна физика, 1969 - 142 с.

В строителството много важна характеристика е топлинният капацитет на строителните материали. От това зависят топлоизолационните характеристики на стените на сградата и съответно възможността за комфортен престой в сградата. Преди да се пристъпи към запознаване с топлоизолационните характеристики на отделните строителни материали, е необходимо да се разбере какъв е топлинният капацитет и как се определя.

Специфичен топлинен капацитет на материалите

Топлинният капацитет е физическа величина, която описва способността на материала да натрупва температура от нагрята среда. Количествено специфичният топлинен капацитет е равен на количеството енергия, измерено в J, необходимо за нагряване на тяло с маса 1 kg с 1 градус.
По-долу е дадена таблица със специфичния топлинен капацитет на най-често срещаните строителни материали.

• вид и обем на нагрятия материал (V);
• индикатор за специфичния топлинен капацитет на този материал (съд);
• специфично тегло (msp);
• начална и крайна температура на материала.

Топлинен капацитет на строителните материали

Топлинният капацитет на материалите, чиято таблица е дадена по-горе, зависи от плътността и топлопроводимостта на материала.

А коефициентът на топлопроводимост от своя страна зависи от размера и затварянето на порите. Фино порестият материал със затворена система от пори има по-голяма топлоизолация и съответно по-ниска топлопроводимост от грубопорестия.

Това е много лесно да се проследи на примера на най-често срещаните материали в строителството. Фигурата по-долу показва как коефициентът на топлопроводимост и дебелината на материала влияят върху топлозащитните качества на външните огради.

Фигурата показва, че строителните материали с по-ниска плътност имат по-нисък коефициент на топлопроводимост.
Това обаче не винаги е така. Например, има влакнести видове топлоизолация, за които се прилага обратният модел: колкото по-ниска е плътността на материала, толкова по-висока е топлопроводимостта.

Следователно не може да се разчита само на индикатора за относителната плътност на материала, но си струва да се вземат предвид другите му характеристики.

Сравнителна характеристика на топлинния капацитет на основните строителни материали

За да се сравни топлинният капацитет на най-популярните строителни материали, като дърво, тухла и бетон, е необходимо да се изчисли топлинният капацитет за всеки от тях.

На първо място, трябва да вземете решение за специфичното тегло на дърво, тухла и бетон. Известно е, че 1 м3 дървесина тежи 500 кг, тухла - 1700 кг, а бетон - 2300 кг. Ако вземем стена с дебелина 35 см, тогава чрез прости изчисления получаваме, че специфичното тегло на 1 квадратен метър дърво ще бъде 175 кг, тухла - 595 кг, а бетон - 805 кг.
След това избираме стойността на температурата, при която ще настъпи натрупване на топлинна енергия в стените. Например, това ще се случи в горещ летен ден с температура на въздуха от 270C. За избраните условия изчисляваме топлинния капацитет на избраните материали:

1. Дървена стена: C=SudhmudhΔT; Cder = 2.3x175x27 = 10867.5 (kJ);
2. Бетонна стена: C=SudhmudhΔT; Cbet = 0,84x805x27 = 18257,4 (kJ);
3. Тухлена стена: C=SudhmudhΔT; Skirp = 0,88x595x27 = 14137,2 (kJ).

От направените изчисления се вижда, че при една и съща дебелина на стената, бетонът има най-висок топлинен капацитет, а дървесината - най-нисък. Какво пише? Това предполага, че в горещ летен ден максималното количество топлина ще се натрупа в къща от бетон, а най-малкото - от дърво.

Това обяснява факта, че в дървена къща е хладно в горещо време и топло в студено време. Тухла и бетон лесно натрупват достатъчно голямо количество топлина от околната среда, но също толкова лесно се разделят с нея.

Топлинен капацитет и топлопроводимост на материалите

Топлопроводимостта е физическо количество материали, което описва способността на температурата да прониква от една повърхност на стената към друга.

За да създадете комфортни условия в стаята, е необходимо стените да имат висок топлинен капацитет и нисък коефициент на топлопроводимост. В този случай стените на къщата ще могат да акумулират топлинната енергия на околната среда, но в същото време ще предотвратят проникването на топлинна радиация в помещението.

Около въпроса за използването на шамотни и керамични тухли в пещния бизнес има много различни спорове, слухове, предположения и легенди. Например, често има мнение, че шамотните тухли са радиоактивни, че използването им е вредно за здравето.
Отдавна се приема, че печката е от керамични тухли, а камината е облицована с шамот. Сега можете да намерите печки, камини, барбекюта изцяло изработени от шамотни тухли, но какво да крием - аз самият използвам шамотни тухли в работата си.
Нека се опитаме да разберем какво има тук, да сравним тези 2 вида тухли и да определим техните области на приложение.

Нека започнем с няколко теоретични точки.

Топлопроводимост- способността на материала да пренася през своята дебелина топлинния поток, произтичащ от температурната разлика на противоположни повърхности. Топлопроводимостта се характеризира с количеството топлина (J), преминаващо за 1 час през проба от материал с дебелина 1 m, площ 1 m2, с температурна разлика от 1 K на противоположни плоскоуспоредни повърхности.
Топлинен капацитет- способността на материала да абсорбира топлина при нагряване. Топлинният капацитет се определя от съотношението на количеството топлина, предадено на тялото, към съответната промяна в температурата
порьозност- степента на запълване на обема на материала с пори, измерена в %
Плътносттухла се определя от масата на тухла за единица от нейния обем
Устойчивост на замръзване- способността на материала да издържа на редуващо се замразяване и размразяване във водонаситено състояние без признаци на разрушаване

И сега нека се опитаме да спекулираме за възможността за използване на шамотни тухли.

1. Шамотната тухла ще се затопли по-бързо и стените на тухлата ще са по-горещи, но в същото време изстива почти толкова, колкото и керамичната. В потвърждение на това, експериментите на Евгений Колчин. Това е много удобно, например, в облицовката на камини вложки.
2. Сами по себе си шамотните тухли имат правилната геометрична форма, където всяка от 6-те лица може да бъде отпред (по-точно 5 - лъжици с марка няма да работят) - керамичните тухли не могат да спорят с това предимство (има само 3 от тях ). Този факт ви позволява да работите почти без брак.
Също така наличието на шамотни блокове (SB 94, SB 96) в някои моменти опростява работата и увеличава възможността за използване на шамот (рафтове, декоративни елементи)

3. Нека се обърнем към европейския опит. Допълнителни елементи за съхранение на топлина (включително допълнителни димни вериги) за Brunner, Jotul, Schmid, Olsberg са изработени от шамот. Германската компания Wolfshoeher Tonwerke произвежда шамотни елементи за циркулация на дим и пещи за съхранение на топлина. Малко хора обръщат внимание, но има дори специален клас - пещни камини: те могат да бъдат свързани само чрез система за циркулация на дим.

4. Разбира се, коефициентът на разширение на шамотните и керамичните тухли е различен, затова категорично не се препоръчва да ги превързвате. Това още веднъж беше потвърдено от опита на Евгений Колчин.
5. Често се смята, че шамотните тухли при нагряване отделят вредни вещества или като цяло са радиоактивни. Последното все още е на теория (и само на теория!) По някакъв начин е възможно, тъй като всичко зависи от мястото, където е добита глината, но е трудно да се повярва в първото. Най-вероятно причината за слуховете за отделянето на вредни вещества е следната. Шамотните тухли са един от видовете огнеупорни материали (подгрупи алуминосиликатни огнеупори: полукиселинни, шамотни и високоалуминиеви огнеупори; има и дина, мулит и други огнеупорни материали) и има много от тях, произвеждат се в различни начини. Възможно е при нагряване някои от тях да отделят вредни вещества, но това не се отнася за шамотните тухли, тъй като са предназначени за домашна употреба.
6. Друг недостатък на шамотните тухли е по-ниската им устойчивост на замръзване в сравнение с керамичните тухли. Мнозина ще кажат, че не е подходящ за барбекю. Работя като печник неотдавна, но това, което направих на улицата от мен преди 3-5 години, нямаше признаци на разрушение. Да, и винаги можете да защитите шамотни тухли с лакове или същото течно стъкло

При избора на подходящ материал за определен вид строителни работи трябва да се обърне специално внимание на техническите му характеристики. Това важи и за специфичния топлинен капацитет на тухлите, от който до голяма степен зависи нуждата от къща за последваща топлоизолация и допълнителна декорация на стени.

Характеристики на тухла, които влияят на нейното използване:

• Специфична топлина. Величина, която определя количеството топлинна енергия, необходимо за загряване на 1 кг с 1 градус.
• Топлопроводимост. Много важна характеристика за тухлени продукти, която ви позволява да определите количеството топлина, прехвърлено от стаята към улицата.
• Нивото на топлопреминаване на тухлена стена се влияе пряко от характеристиките на материала, използван за нейната конструкция. В случаите, когато говорим за многослойна зидария, ще е необходимо да се вземе предвид коефициентът на топлопроводимост на всеки слой поотделно.

Керамика

Полезна информация:

Въз основа на производствената технология тухлата се класифицира в керамични и силикатни групи. Освен това и двата вида имат значителен материал, специфичен топлинен капацитет и топлопроводимост. Суровината за производството на керамични тухли, наричани още червени, е глина, към която се добавят редица компоненти. Оформените сурови заготовки се изпичат в специални пещи. Индексът на специфична топлина може да варира в рамките на 0,7-0,9 kJ/(kg·K). Що се отнася до средната плътност, тя обикновено е на ниво от 1400 kg/m3.

Сред силните страни на керамичните тухли са:

1. Гладка повърхност. Това подобрява външната му естетика и лекотата на монтаж.
2. Устойчивост на замръзване и влага. При нормални условия стените не се нуждаят от допълнителна влага и топлоизолация.
3. Способност да издържат на високи температури. Това ви позволява да използвате керамични тухли за изграждане на печки, барбекюта, топлоустойчиви прегради.
4. Плътност 700-2100 кг/м3. Тази характеристика се влияе пряко от наличието на вътрешни пори. С увеличаване на порьозността на материала, неговата плътност намалява и топлоизолационните характеристики се увеличават.

Силикатни

Що се отнася до силикатната тухла, тя може да бъде пълноценна, куха и пореста. Въз основа на размера се разграничават единични, едно и половина и двойни тухли. Средно силикатната тухла има плътност от 1600 kg / m3. Особено се оценяват шумопоглъщащите характеристики на силикатната зидария: дори ако говорим за стена с малка дебелина, нивото на нейната звукоизолация ще бъде с порядък по-високо, отколкото в случай на използване на други видове зидарски материал.

Изправени пред

Отделно си струва да се спомене облицовъчната тухла, която с еднакъв успех издържа както на вода, така и на повишаване на температурата. Специфичният топлинен индекс на този материал е на ниво 0,88 kJ/(kg·K), при плътност до 2700 kg/m3. В продажба облицовъчните тухли са представени в голямо разнообразие от нюанси. Подходящи са както за облицовка, така и за полагане.

Огнеупорен

Представен от динас, карборунд, магнезит и шамотни тухли. Масата на една тухла е доста голяма, поради значителната плътност (2700 kg / m3). Най-ниският коефициент на топлинен капацитет при нагряване е за карборундова тухла 0,779 kJ / (kg K) при температура от +1000 градуса. Скоростта на нагряване на пещта, положена от тази тухла, значително надвишава нагряването на шамотна зидария, но охлаждането става по-бързо.

Пещите са оборудвани от огнеупорни тухли, осигуряващи нагряване до +1500 градуса. Специфичният топлинен капацитет на този материал е силно повлиян от температурата на нагряване. Например, същата шамотна тухла при +100 градуса има топлинен капацитет от 0,83 kJ / (kg K). Ако обаче се нагрее до +1500 градуса, това ще провокира увеличаване на топлинния капацитет до 1,25 kJ / (kg K).

Зависимост от температурата на използване

Температурният режим оказва голямо влияние върху техническите показатели на тухлите:

• trepelny. При температури от -20 до + 20, плътността варира в рамките на 700-1300 kg/m3. Индексът на топлинния капацитет е на стабилно ниво от 0,712 kJ/(kg·K).
• Силикатни. Подобен температурен режим от -20 - +20 градуса и плътност от 1000 до 2200 kg / m3 осигурява възможност за различни специфични топлинни мощности от 0,754-0,837 kJ / (kg K).
• кирпич. При същата температура като предишния тип, той демонстрира стабилен топлинен капацитет от 0,753 kJ / (kg K).
• червен. Може да се прилага при температура от 0-100 градуса. Плътността му може да варира от 1600-2070 kg/m3, а топлинният му капацитет от 0,849 до 0,872 kJ/(kg K).
• жълт. Температурните колебания от -20 до +20 градуса и стабилна плътност от 1817 kg / m3 дават същия стабилен топлинен капацитет от 0,728 kJ / (kg K).
• Сграда. При температура от +20 градуса и плътност 800-1500 kg / m3, топлинният капацитет е на ниво от 0,8 kJ / (kg K).
• Изправени пред. Същият температурен режим от +20, с плътност на материала 1800 kg/m3, определя топлинния капацитет от 0,88 kJ/(kg K).
• Динас. Работата при повишена температура от +20 до +1500 и плътност 1500-1900 kg/m3 предполага постоянно повишаване на топлинния капацитет от 0,842 до 1,243 kJ/(kg·K).
• карборунд. Тъй като се нагрява от +20 до +100 градуса, материал с плътност 1000-1300 kg / m3 постепенно увеличава топлинния си капацитет от 0,7 до 0,841 kJ / (kg K). Въпреки това, ако нагряването на карборундова тухла продължи по-нататък, тогава нейният топлинен капацитет започва да намалява. При температура от +1000 градуса тя ще бъде равна на 0,779 kJ / (kg K).
• Магнезит. Материал с плътност 2700 kg/m3 с повишаване на температурата от +100 до +1500 градуса постепенно увеличава топлинния си капацитет от 0,93-1,239 kJ/(kg·K).
• хромит. Нагряването на продукт с плътност 3050 kg/m3 от +100 до +1000 градуса провокира постепенно увеличаване на топлинния му капацитет от 0,712 до 0,912 kJ/(kg K).
• шамот. Има плътност 1850 kg/m3. При нагряване от +100 до +1500 градуса, топлинният капацитет на материала се увеличава от 0,833 до 1,251 kJ / (kg K).

Изберете правилните тухли, в зависимост от задачите на строителната площадка.