Specifični toplotni kapacitet cigle. Da li je moderna šamotna cigla štetna? Specifični toplotni kapacitet silikatne opeke

Opeka je tekući građevinski materijal u izgradnji zgrada i objekata. Mnogi razlikuju samo crvenu i bijelu ciglu, ali su njene vrste mnogo raznovrsnije. Razlikuju se i spolja (oblik, boja, dimenzije) i svojstva kao što su gustina i toplotni kapacitet.

Tradicionalno se razlikuju keramičke i silikatne opeke, koje imaju različite tehnologije proizvodnje. Važno je znati da se gustoća cigle, njen specifični toplinski kapacitet i svaka vrsta mogu značajno razlikovati.

Keramičke opeke izrađuju se od raznih dodataka i peče se. Specifični toplotni kapacitet keramičkih cigli je 700…900 J/(kg deg). Prosječna gustina keramičke cigle je 1400 kg/m 3 . Prednosti ovog tipa su: glatka površina, otpornost na mraz i vodu, kao i otpornost na visoke temperature. Gustoća keramičke opeke određena je njenom poroznošću i može se kretati od 700 do 2100 kg/m 3 . Što je veća poroznost, to je manja gustina cigle.

Silikatna cigla ima sljedeće sorte: čvrsta, šuplja i porozna, ima nekoliko veličina: jednostruka, jedna i pol i dvostruka. Prosječna gustina silikatne cigle je 1600 kg/m 3 . Prednosti silikatne opeke u odličnoj zvučnoj izolaciji. Čak i ako se položi tanak sloj takvog materijala, svojstva zvučne izolacije ostat će na odgovarajućem nivou. Specifični toplotni kapacitet silikatne cigle je u rasponu od 750 do 850 J/(kg deg).

Vrijednosti gustoće ​​opeke različitih vrsta i njihov specifični (maseni) toplinski kapacitet na različitim temperaturama prikazani su u tabeli:

Treba napomenuti još jednu popularnu vrstu opeke - ciglu za oblaganje. Ne plaši se ni vlage ni hladnoće. Specifični toplotni kapacitet obložne opeke je 880 J/(kg deg). Obložena cigla ima nijanse od jarko žute do vatreno crvene. Takav materijal se može koristiti za završne i oblaganje. Gustina ove vrste opeke je 1800 kg/m 3 .

Vrijedi napomenuti zasebnu klasu opeke - vatrostalne opeke. Ova klasa uključuje dinas, karborund, magnezit i šamotne opeke. Vatrostalne opeke su prilično teške - gustoća opeke ove klase može doseći 2700 kg / m 3.

Carborundum opeka ima najmanji toplinski kapacitet na visokim temperaturama - iznosi 779 J / (kg deg) na temperaturi od 1000 ° C. Zidanje od takve cigle zagrijava se mnogo brže nego od šamota, ali lošije zadržava toplinu.

Vatrostalna opeka se koristi u izgradnji peći sa radnim temperaturama do 1500°C. Specifični toplinski kapacitet vatrostalnih opeka značajno ovisi o temperaturi. Na primjer, specifični toplinski kapacitet šamotne opeke je 833 J/(kg deg) na 100°C i 1251 J/(kg deg) na 1500°C.

Izvori:

1. Franchuk A. U. Tablice toplinskih performansi građevinskih materijala, M.: Istraživački institut za strukturnu fiziku, 1969. - 142 str.
2. Tabele fizičkih veličina. Imenik. Ed. akad. I. K. Kikoina. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 str. građevinska fizika, 1969. - 142 str.

U građevinarstvu vrlo bitna karakteristika je toplinski kapacitet građevinskih materijala. O tome ovise karakteristike toplinske izolacije zidova zgrade, a samim tim i mogućnost ugodnog boravka unutar zgrade. Prije nego što pređemo na upoznavanje s termoizolacijskim karakteristikama pojedinih građevinskih materijala, potrebno je razumjeti koji je toplinski kapacitet i kako se on određuje.

Specifični toplotni kapacitet materijala

Toplotni kapacitet je fizička veličina koja opisuje sposobnost materijala da akumulira temperaturu iz zagrijanog okruženja. Kvantitativno, specifična toplota je jednaka količini energije, merenoj u J, potrebnoj da se telo mase 1 kg zagreje za 1 stepen.
Ispod je tabela specifičnog toplotnog kapaciteta najčešćih građevinskih materijala.

• vrsta i zapremina zagrijanog materijala (V);
• indikator specifičnog toplotnog kapaciteta ovog materijala (Sud);
• specifična težina (msp);
• početne i krajnje temperature materijala.

Toplotni kapacitet građevinskih materijala

Toplotni kapacitet materijala, čija je tabela data iznad, ovisi o gustoći i toplinskoj provodljivosti materijala.

A koeficijent toplinske provodljivosti, zauzvrat, ovisi o veličini i zatvorenosti pora. Fino porozan materijal sa zatvorenim sistemom pora ima veću toplotnu izolaciju i, shodno tome, nižu toplotnu provodljivost od grubo poroznog.

To je vrlo lako pratiti na primjeru najčešćih materijala u građevinarstvu. Na slici ispod prikazano je kako koeficijent toplinske provodljivosti i debljina materijala utječu na svojstva toplinske zaštite vanjskih ograda.

Slika pokazuje da građevinski materijali manje gustine imaju nižu toplotnu provodljivost.
Međutim, to nije uvijek slučaj. Na primjer, postoje vlaknaste vrste toplinske izolacije za koje vrijedi suprotan obrazac: što je manja gustoća materijala, to je veća toplinska provodljivost.

Stoga se ne može osloniti samo na pokazatelj relativne gustoće materijala, već je vrijedno razmotriti njegove druge karakteristike.

Uporedne karakteristike toplinskog kapaciteta glavnih građevinskih materijala

Da bismo uporedili toplotni kapacitet najpopularnijih građevinskih materijala, kao što su drvo, cigla i beton, potrebno je izračunati toplotni kapacitet za svaki od njih.

Prije svega, morate odrediti specifičnu težinu drva, cigle i betona. Poznato je da 1 m3 drveta teži 500 kg, cigle - 1700 kg, a betona - 2300 kg. Ako uzmemo zid debljine 35 cm, onda jednostavnim proračunima dobivamo da će specifična težina 1 kvadratnog metra drveta biti 175 kg, cigle - 595 kg, a betona - 805 kg.
Zatim biramo temperaturnu vrijednost pri kojoj će doći do akumulacije toplinske energije u zidovima. Na primjer, to će se dogoditi vrelog ljetnog dana sa temperaturom zraka od 270C. Za odabrane uvjete izračunavamo toplinski kapacitet odabranih materijala:

1. Drveni zid: C=SudhmudhΔT; Cder = 2,3x175x27 = 10867,5 (kJ);
2. Betonski zid: C=SudhmudhΔT; Cbet = 0,84x805x27 = 18257,4 (kJ);
3. Zid od opeke: C=SudhmudhΔT; Skirp = 0,88x595x27 = 14137,2 (kJ).

Iz urađenih proračuna vidi se da pri istoj debljini zida beton ima najveći toplotni kapacitet, a drvo najmanji. šta piše? To sugerira da će se u vrućem ljetnom danu maksimalna količina topline akumulirati u kući od betona, a najmanje - od drveta.

To objašnjava činjenicu da je u drvenoj kući hladno po vrućem vremenu i toplo po hladnom vremenu. Cigla i beton lako akumuliraju dovoljno veliku količinu topline iz okoline, ali se isto tako lako odvajaju od nje.

Toplotni kapacitet i toplotna provodljivost materijala

Toplotna provodljivost je fizička količina materijala koja opisuje sposobnost temperature da prodire s jedne površine zida na drugu.

Za stvaranje ugodnih uvjeta u prostoriji potrebno je da zidovi imaju visok toplinski kapacitet i nizak koeficijent toplinske provodljivosti. U tom slučaju, zidovi kuće moći će akumulirati toplinsku energiju okoline, ali istovremeno spriječiti prodor toplinskog zračenja u prostoriju.

Oko pitanja upotrebe šamotne i keramičke cigle u poslovanju peći postoji mnogo različitih sporova, glasina, nagađanja i legendi. Na primjer, često postoji mišljenje da su šamotne opeke radioaktivne, da je njihova upotreba štetna za zdravlje.
Odavno je prihvaćeno da je peć napravljena od keramičke cigle, a ložište je obloženo šamotom. Sada se mogu naći peći, kamini, roštilji u potpunosti napravljeni od šamotne cigle, ali šta da sakrijemo - i sama koristim šamotne cigle u svom poslu.
Pokušajmo shvatiti o čemu se radi, uporedimo ove 2 vrste cigli i odredimo njihova područja primjene.

Počnimo s nekoliko teorijskih stavki.

Toplotna provodljivost- sposobnost materijala da kroz svoju debljinu prenese toplotni tok koji nastaje zbog temperaturne razlike na suprotnim površinama. Toplotna provodljivost se karakteriše količinom toplote (J) koja prođe 1 sat kroz uzorak materijala debljine 1 m, površine 1 m2, sa temperaturnom razlikom od 1 K na suprotnim ravnoparalelnim površinama.
Toplotni kapacitet- sposobnost materijala da apsorbuje toplotu kada se zagreje. Toplotni kapacitet je određen omjerom količine topline prenesene tijelu i odgovarajuće promjene temperature
Poroznost- stepen ispunjenosti zapremine materijala porama, meren u %
Gustina cigla je određena masom cigle po jedinici njenog volumena
Otpornost na mraz- sposobnost materijala da izdrži naizmjenično smrzavanje i odmrzavanje u stanju zasićenom vodom bez znakova uništenja

A sada pokušajmo spekulirati o mogućnosti korištenja šamotne opeke.

1. Šamotna cigla će se brže zagrijati, a zidovi cigle biti topliji, ali se u isto vrijeme hladi skoro jednako kao i keramička. Kao potvrdu ovoga, eksperimenti Evgenija Kolčina. To je vrlo zgodno, na primjer, u oblogama kaminskih umetaka.
2. Sama po sebi, šamotne cigle imaju ispravan geometrijski oblik gdje bilo koja od 6 lica može biti prednja (tačnije, 5 - kašika sa markom neće raditi) - keramičke cigle ne mogu se raspravljati s ovom prednosti (ima ih samo 3 ). Ova činjenica vam omogućava da radite gotovo bez braka.
Takođe, prisustvo šamotnih blokova (SB 94, SB 96) u pojedinim momentima pojednostavljuje rad i povećava mogućnost upotrebe šamota (police, dekorativni elementi)

3. Okrenimo se evropskom iskustvu. Dodatni elementi za pohranjivanje topline (uključujući dodatna dimna kola) za Brunner, Jotul, Schmid, Olsberg izrađeni su od šamota. Njemačka kompanija Wolfshoeher Tonwerke proizvodi šamotne elemente za cirkulaciju dima i peći za skladištenje topline. Malo ljudi obraća pažnju, ali postoji čak i posebna klasa - ložišta za peći: mogu se povezati samo putem sistema za cirkulaciju dima.

4. Naravno, koeficijent ekspanzije šamotne i keramičke cigle je različit, stoga se izričito ne preporučuje da ih previjate. To je još jednom potvrdilo iskustvo Evgenija Kolčina.
5. Često se veruje da šamotne cigle, kada se zagreju, emituju štetne materije ili su generalno radioaktivne. Ovo posljednje je još u teoriji (i samo u teoriji!) nekako moguće, jer sve ovisi o mjestu gdje je glina iskopana, ali u prvo je teško povjerovati. Najvjerovatnije, razlog za glasine o oslobađanju štetnih tvari je sljedeći. Šamotna opeka je jedna od vrsta vatrostalnih materijala (podgrupe aluminosilikatnih vatrostalnih materijala: polukiseli, šamotni i visokoglicini; a postoje i dinas, mulit i drugi vatrostalni materijali), a ima ih dosta, izrađuju se u Različiti putevi. Moguće je da prilikom zagrijavanja neke od njih ispuštaju štetne tvari, ali to se ne odnosi na šamotne opeke, jer je namijenjena za kućnu upotrebu.
6. Još jedan nedostatak šamotne opeke je manja otpornost na mraz u odnosu na keramičku ciglu. Mnogi će reći da nije pogodan za roštilj. Ne tako davno radim kao pećar, ali ono što sam radio na ulici prije 3-5 godina nije pokazivalo znakove uništenja. Da, i uvijek možete zaštititi šamotne cigle lakovima ili istim tekućim staklom

Prilikom odabira odgovarajućeg materijala za određenu vrstu građevinskih radova posebnu pažnju treba obratiti na njegove tehničke karakteristike. To se odnosi i na specifični toplinski kapacitet opeke, o čemu uvelike ovisi potreba za kućom za naknadnom toplinskom izolacijom i dodatnom dekoracijom zidova.

Karakteristike cigle koje utiču na njenu upotrebu:

• Specifična toplota. Količina koja određuje količinu toplotne energije koja je potrebna za zagrijavanje 1 kg za 1 stepen.
• Toplotna provodljivost. Vrlo važna karakteristika za proizvode od opeke, koja vam omogućava da odredite količinu topline koja se prenosi iz prostorije na ulicu.
• Na razinu prijenosa topline zida od opeke direktno utiču karakteristike materijala koji se koristi za njegovu izgradnju. U slučajevima kada je riječ o višeslojnom zidanju, bit će potrebno uzeti u obzir koeficijent toplinske provodljivosti svakog sloja posebno.

Keramika

Korisne informacije:

Prema tehnologiji proizvodnje, cigla se dijeli na keramičke i silikatne grupe. Štaviše, oba tipa imaju značajan materijal, specifičan toplotni kapacitet i toplotnu provodljivost. Sirovina za proizvodnju keramičkih cigli, koja se naziva i crvena, je glina, kojoj se dodaje niz komponenti. Formirane sirove tvorevine se peku u posebnim pećima. Indeks specifične toplote može varirati unutar 0,7-0,9 kJ/(kg·K). Što se tiče prosječne gustine, ona je obično na nivou od 1400 kg/m3.

Među prednostima keramičkih cigli su:

1. Glatka površina. To poboljšava njegovu vanjsku estetiku i jednostavnost ugradnje.
2. Otpornost na mraz i vlagu. U normalnim uvjetima zidovima nije potrebna dodatna vlaga i toplinska izolacija.
3. Sposobnost izdržavanja visokih temperatura. To vam omogućava da koristite keramičke cigle za izgradnju peći, roštilja, pregrada otpornih na toplinu.
4. Gustina 700-2100 kg/m3. Na ovu karakteristiku direktno utiče prisustvo unutrašnjih pora. Kako se poroznost materijala povećava, njegova gustoća se smanjuje i povećavaju se karakteristike toplinske izolacije.

Silikat

Što se tiče silikatne opeke, ona može biti puna, šuplja i porozna. Na osnovu veličine razlikuju se jednostruke, jednoipo i dvostruke cigle. U prosjeku, silikatna cigla ima gustinu od 1600 kg / m3. Posebno su cijenjene karakteristike silikatnog zidanja koje apsorbira buku: čak i ako govorimo o zidu male debljine, razina njegove zvučne izolacije bit će za red veličine veća nego u slučaju korištenja drugih vrsta zidanog materijala.

Suočiti

Odvojeno, vrijedi spomenuti ciglu za oblaganje, koja s jednakim uspjehom odolijeva i vodi i porastu temperature. Specifični indeks toplote ovog materijala je na nivou od 0,88 kJ/(kg·K), pri gustini do 2700 kg/m3. U prodaji opeke za oblaganje predstavljene su u širokom rasponu nijansi. Pogodni su i za oblaganje i za polaganje.

Vatrostalna

Predstavljen je dinasom, karborundom, magnezitom i šamotnom opekom. Masa jedne cigle je prilično velika, zbog značajne gustoće (2700 kg / m3). Najniža stopa toplotnog kapaciteta pri zagrevanju je za karborundsku ciglu 0,779 kJ / (kg K) za temperaturu od +1000 stepeni. Brzina zagrijavanja peći, položene od ove cigle, znatno premašuje zagrijavanje šamotnog zida, međutim, hlađenje se događa brže.

Peći su opremljene od vatrostalnih opeka, koje omogućavaju grijanje do +1500 stepeni. Specifični toplinski kapacitet ovog materijala je pod velikim utjecajem temperature grijanja. Na primjer, ista šamotna cigla na +100 stupnjeva ima toplinski kapacitet od 0,83 kJ / (kg K). Međutim, ako se zagrije na +1500 stupnjeva, to će izazvati povećanje toplinskog kapaciteta do 1,25 kJ / (kg K).

Ovisnost o temperaturi upotrebe

Temperaturni režim ima veliki utjecaj na tehničke pokazatelje cigle:

• trepelny. Na temperaturama od -20 do +20, gustina varira u granicama 700-1300 kg/m3. Indeks toplotnog kapaciteta je na stabilnom nivou od 0,712 kJ/(kg·K).
• Silikat. Sličan temperaturni režim od -20 - +20 stepeni i gustina od 1000 do 2200 kg/m3 pruža mogućnost različitih specifičnih toplotnih kapaciteta od 0,754-0,837 kJ/(kg K).
• adobe. Sa istom temperaturom kao i prethodni tip, pokazuje stabilan toplotni kapacitet od 0,753 kJ / (kg K).
• Crveni. Može se nanositi na temperaturi od 0-100 stepeni. Njegova gustina može varirati od 1600-2070 kg/m3, a toplotni kapacitet od 0,849 do 0,872 kJ/(kg K).
• Žuta. Temperaturne fluktuacije od -20 do +20 stepeni i stabilna gustina od 1817 kg/m3 daje isti stabilan toplotni kapacitet od 0,728 kJ/(kg K).
• Zgrada. Na temperaturi od +20 stepeni i gustini od 800-1500 kg / m3, toplotni kapacitet je na nivou od 0,8 kJ / (kg K).
• Suočiti. Isti temperaturni režim od +20, sa gustinom materijala od 1800 kg/m3, određuje toplotni kapacitet od 0,88 kJ/(kg K).
• Dinas. Rad na povišenoj temperaturi od +20 do +1500 i gustini od 1500-1900 kg/m3 implicira konzistentan porast toplotnog kapaciteta sa 0,842 na 1,243 kJ/(kg·K).
• karborund. Kako se zagrijava od +20 do +100 stepeni, materijal gustine 1000-1300 kg/m3 postepeno povećava svoj toplotni kapacitet sa 0,7 na 0,841 kJ/(kg K). Međutim, ako se zagrijavanje karborundske opeke nastavi dalje, tada se njen toplinski kapacitet počinje smanjivati. Na temperaturi od +1000 stepeni, to će biti jednako 0,779 kJ / (kg K).
• Magnezit. Materijal gustine od 2700 kg/m3 sa porastom temperature od +100 do +1500 stepeni postepeno povećava svoj toplotni kapacitet od 0,93-1,239 kJ/(kg·K).
• Chromite. Zagrijavanje proizvoda gustine od 3050 kg/m3 od +100 do +1000 stepeni izaziva postepeno povećanje njegovog toplotnog kapaciteta sa 0,712 na 0,912 kJ/(kg K).
• šamot. Ima gustinu od 1850 kg/m3. Kada se zagreje od +100 do +1500 stepeni, toplotni kapacitet materijala raste sa 0,833 na 1,251 kJ / (kg K).

Odaberite prave cigle, ovisno o zadacima na gradilištu.