Сфера застосування матеріалу визначається його експлуатаційними характеристиками. Комплекс розглянутих властивостей повинні відповідати вимогам будівельної цегли при спорудженні зовнішніх стін, перекриттів, фундаменту. Зведення конструкцій передбачає вибір виробів різного призначення:

• Силікатний – рядовий, лицьовий, порожнистий, повнотілий.
• Керамічний – жаростійкий і всі різновиди попереднього вигляду.
• Клінкерний – для облицювання фасадів.

Показники визначають енергоспоживання будинку, витрати на обігрів приміщень. Проектування споруд, розрахунки конструкцій, що захищають, враховують ці параметри.

Коефіцієнт теплопровідності

Матеріали мають властивість проводити тепло від нагрітої поверхні в більш холодну область. Процес відбувається внаслідок електромагнітної взаємодії атомів, електронів та квазічастинок (фонони). Основний показник величини – коефіцієнт теплопровідності (λ, Вт/), який визначається як кількість теплоти, що проходить через одиницю площі перерізу за одиничний інтервал часу. Мале значення позитивно впливає збереження теплового режиму.

Відповідно до ГОСТ 530-2012 ефективність кладки у сухому стані характеризується коефіцієнтом теплопровідності:

• ≤ 0.20 – висока;
• 0.2 < λ ≤ 0.24 – повышенная;
• 0.24 - 0.36 - ефективна;
• 0.36 - 0.46 - умовно-ефективна;
• ˃ 0.46 – звичайна (малоефективна).

Чим більша щільність, тим вище теплопровідність – не зовсім правильне твердження. Структура містить закриті пори та порожнини (пустотілий), наповнені повітрям з коефіцієнтом ≈ 0,026. Завдяки цьому вироби зі щілинними отворами краще підтримують тепловий режим усередині споруд. В інженерних розрахунках необхідно враховувати величину теплопровідності суміші кладки, значення показника вибирають від 0.47 і вище, в залежності від складу.

Теплопровідність червоного виробу нижча, ніж у силікатного.

Фізичні процеси нагріву та утримання тепла можна охарактеризувати величинами:

• Коефіцієнт тепловіддачі – теплообмін на межі поверхні твердого тіла та повітряного середовища. Це потужність теплового потоку, що припадає на площину 1 м², обернено пропорційна різниці температур тіла і теплоносія (повітря). Чим вище теплопровідність, тим більша тепловіддача.
• Повний тепловий опір – здатність протистояти передачі тепла. Значення обернено пропорційно коефіцієнту теплопередачі. Виходячи з розрахункової формули R = L/λ легко розрахувати оптимальну товщину кладки. λ – постійний параметр, R – тепловий опір вказано у таблиці 4 СП 131.13330.2012 для кліматичних зон Росії.

Теплоємність

Необхідна кількість тепла, підведеного до тіла збільшення температури на 1 Кельвін – визначення поняття «повна теплоємність». Одиниця виміру: Дж/К або Дж/°C. Чим більший об'єм і маса тіла (товщина стін та перекриттів), тим вище теплоємність матеріалу, краще підтримується сприятливий температурний режим. Найбільш точно це властивість підтверджують характеристики:

• Питома теплоємність цегли – кількість тепла, необхідне нагріву одиничної маси речовини за одиничний інтервал часу. Одиниця виміру: Дж/кг*К або Дж/кг*°C. Використовується для інженерних розрахунків.
• Об'ємна теплоємність - кількість тепла, що споживається тілом одиничного об'єму для нагріву за одиницю часу. Вимірюється в Дж/м³*До або Дж/кг*°C.

Теплова конвекція безперервна: радіатори нагрівають повітря, яке передає тепло стінам. При зниженні температури у приміщеннях відбувається зворотний процес. Збільшення питомої теплоємності, зниження коефіцієнта теплопровідності стін забезпечують скорочення витрат на обігрів будинку. Товщина кладки може бути оптимізована рядом дій:

• Застосування теплоізоляції.
• Нанесення штукатурки.
• Використання пустотної цеглини або каменю (виключено для фундаменту будівлі).
• Розчин кладки з оптимальними теплотехнічними параметрами.

Таблиця з характеристиками різних видів кладок. Використані дані СП 50.13330.2012:

	Щільність, кг/м³	Питома теплоємність, кДж/кг*°С	Коефіцієнт теплопровідності, Вт/м*°C
Звичайна глиняна цегла на різному розчині кладки
Цементно-піщаний	1800	0.88	0.56
Цементно-перлітовий	1600	0.88	0.47
Силікатний
Цементно-піщаний	1800	0.88	0.7
Порожній червоний різної щільності (кг/м³) на ЦПС
1400	1600	0.88	0.47
1300	1400	0.88	0.41
1000	1200	0.88	0.35

Морозостійкість цегляної кладки

Стійкість до впливу негативних температур – показник, що впливає на міцність та довговічність конструкції. Кладка у процесі експлуатації насичується вологою. У зимовий період вода, проникаючи в пори, перетворюється на лід, збільшується в обсязі та розриває порожнину, в якій знаходиться – відбувається руйнування. Морозостійкість, як правило, низька, водопоглинання не повинно перевищувати 20%.

Визначення кількості циклів заморожування та розморожування без втрати міцності кожного виду виробу дозволяє виявити морозостійкість (F). Значення набувають дослідним шляхом. У лабораторії проводять багаторазове заморожування в холодильних камерах і природне розморожування зразків.

Коефіцієнт морозостійкості - відношення міцності на стиснення дослідного та вихідного елемента. Зміна показника понад 5%, наявність тріщин, сколів сигналізують про закінчення випробувань. Марки виробів містять характеристики морозостійкості: F15 (20, 25, 35, 50, 75, 100, 150). Цифровий параметр вказує на кількість циклів: чим вище число, тим надійніша система, що зводиться.

Придбання цегли високої марки морозостійкості спустошить бюджет закладений на будівництво. Заходи щодо покращення властивостей конструкцій, продовження терміну експлуатації у зонах холодного клімату без збільшення витрат:

• Застосування паро- та гідроізоляції.
• Обробка кладки гідрофобними складами.
• Контроль, своєчасне виправлення дефектів.
• Надійна гідроізоляція фундаменту.

Від вибору матеріалу для кладки, його питомої теплоємності, теплопровідності, морозостійкості залежить термін та комфорт експлуатації будинку. Складні розрахунки, складання кошторису витрат краще довірити досвідченим фахівцям, які мають досвід у будівництві та проектуванні.

Насправді, вибираючи будівельні матеріали для зведення тієї чи іншої будівлі, обов'язково потрібно звертати увагу на їх фізичні величини. І питома теплоємність цегли в питанні не є винятком. Але, звичайно ж, щоб зрозуміти, який вплив має фізична величина на цеглу, необхідно спочатку розібратися в тому, що вона, власне, являє собою.

На які показники потрібно звертати увагу при виборі цегли?

1. Питома теплоємність – це показник того, яка саме кількість тепла потрібна, щоб нагріти 1 кг речовини, що припадає на 1°С.
2. Також велике значення для цегли має показник теплопровідності. Він вказує на те, в якій кількості матеріал може передавати тепло як з внутрішньої, так і зовнішньої сторони при різних температурних режимах.
3. Те, яким буде показник теплопередачі, повністю залежить від того, який саме матеріал ви купуєте для будівництва будівлі. Щоб дізнатися підсумковий показник для стіни з численними шарами, необхідно виходити з показника теплопровідності для кожного окремого шару.

Як визначається питома теплоємність?

Великою популярністю користується силікатна цегла. Його отримують у процесі змішування вапна з піском.

Питома теплоємність визначається під час лабораторних досліджень.Цей показник залежить від того, яку саме температуру має матеріал. Параметр теплоємності необхідний для того, щоб у результаті можна було зрозуміти, наскільки теплостійкими будуть зовнішні стіни опалювальної будівлі. Адже стіни споруд потрібно будувати з матеріалів, питома теплоємність яких прагне максимуму.

Крім цього, даний показник необхідний для проведення точних розрахунків у процесі підігріву різноманітних розчинів, а також у ситуації, коли роботи проводяться при мінусовій температурі.

Не можна не сказати і про повнотілу цеглу. Саме цей матеріал може похвалитися високим показником теплопровідності. Отже, з метою економії доречно підійде пустотіла цегла.

Види та нюанси цегляних блоків

Для того щоб у результаті звести досить теплу цегляну будівлю, спочатку потрібно розуміти, який саме вид даного матеріалу підійде для цього максимально. В даний час на ринках та у будівельних магазинах представлений величезний асортимент цегли. Тож якому ж віддати перевагу?

На території нашої країни величезною популярністю у покупців користується силікатна цегла. Цей матеріал отримують у процесі змішування вапна з піском.

Затребуваність силікатної цегли пов'язана з тим, що вона досить часто застосовується в побуті та має досить прийнятну ціну. Якщо ж торкнутися питання фізичних величин, то цей матеріал, звичайно, багато в чому поступається своїм побратимам. У зв'язку з низьким показником теплопровідності збудувати по-справжньому теплий будинок із силікатної цегли навряд чи вдасться.

Але, звичайно ж, як і у будь-якого матеріалу, силікатна цегла має свої плюси. Наприклад, він має високий показник звукоізоляції. Саме тому його дуже часто використовують для зведення перегородок і стін у міських квартирах.

Друге почесне місце в рейтингу затребуваності посідає керамічна цегла. Його одержують із розмішування різних видів глин, які в подальшому обпалюють. Даний матеріал застосовують для безпосереднього зведення будівель та їх облицювання. Будівельний тип використовується для спорудження будівель, а облицювальний – для їх оздоблення. Варто сказати і про те, що цегла на основі кераміки зовсім невелика за вагою, тому вона є ідеальним матеріалом для самостійного здійснення будівельних робіт.

Новинкою будівельного ринку є тепла цегла. Це не що інше, як удосконалений блок із кераміки. Цей тип за своїми розмірами може перевищувати стандарт приблизно в чотирнадцять разів. Але це аж ніяк не впливає на загальну масу споруди.

Якщо порівнювати даний матеріал з керамічною цеглою, то перший варіант у питанні теплоізоляції вдвічі кращий. Теплий блок має велику кількість дрібних порожнин, які виглядають як канали, розташовані у вертикальній площині.

А як відомо, чим більше повітряного простору є у матеріалі, тим вищий показник теплопровідності. Втрата тепла у цій ситуації відбувається здебільшого на перегородках усередині чи швах кладки.

Теплопровідність цегли та піноблоків: особливості

Дане обчислення необхідне для того, щоб можна було відобразити властивості матеріалу, які виражаються щодо показника густини матеріалу до його властивості проводити тепло.

Теплотехнічна однорідність - це показник, який дорівнює зворотному відношенню потоку тепла, що проходить через конструкцію стіни, до кількості тепла, що проходить через умовну перешкоду і дорівнює загальній площі стіни.

Насправді, і той, і інший варіант обчислення є досить складним процесом. Саме тому якщо у вас немає досвіду в даному питанні, то найкраще звернутися за допомогою до фахівця, який зможе в точності зробити всі розрахунки.

Отже, підбиваючи підсумки, можна говорити, що фізичні величини дуже важливі під час виборів будівельного матеріалу. Як ви змогли побачити, різні, в залежності від своїх властивостей, мають ряд переваг і недоліків. Наприклад, якщо ви хочете звести дійсно теплу будівлю, то вам найкраще віддати перевагу теплому виду цегли, у якої показник теплоізоляції знаходиться на максимальній позначці. Якщо ж ви обмежені в грошах, то оптимальним варіантом для вас стане покупка силікатної цегли, яка хоч і мінімально зберігає тепло, зате чудово позбавляє приміщення від сторонніх звуків.

У будівництві дуже важливою характеристикою є теплоємність будівельних матеріалів. Від неї залежать теплоізоляційні властивості стін будівлі, а відповідно, і можливість комфортного перебування всередині будівлі. Перш, ніж приступити до ознайомлення з теплоізоляційними характеристиками окремих будівельних матеріалів, необхідно зрозуміти, що є теплоємністю і як вона визначається.

Питома теплоємність матеріалів

Теплоємність - це фізична величина, що описує здатність того чи іншого матеріалу накопичувати в собі температуру від нагрітого навколишнього середовища. Кількісно питома теплоємність дорівнює кількості енергії, що вимірюється Дж, необхідної для того, щоб нагріти тіло масою 1 кг на 1 градус.
Нижче представлена ​​таблиця питомої теплоємності найпоширеніших у будівництві матеріалів.

• вид і обсяг матеріалу, що нагрівається (V);
• показник питомої теплоємності цього матеріалу (Суд);
• питома вага (mуд);
• початкову та кінцеву температури матеріалу.

Теплоємність будівельних матеріалів

Теплоємність матеріалів, таблиця за якою наведена вище, залежить від щільності та коефіцієнта теплопровідності матеріалу.

А коефіцієнт теплопровідності, у свою чергу, залежить від крупності та замкнутості пір. Дрібнопористий матеріал, що має замкнуту систему пір, має більшу теплоізоляцію і, відповідно, меншу теплопровідність, ніж крупнопористий.

Це дуже легко простежити на прикладі найпоширеніших у будівництві матеріалів. На малюнку, наведеному нижче, показано яким чином впливає коефіцієнт теплопровідності та товщина матеріалу на теплозахисні якості зовнішніх огорож.

З малюнка видно, що будівельні матеріали з меншою щільністю мають менший коефіцієнт теплопровідності.
Проте так не завжди. Наприклад, існують волокнисті види теплоізоляції, для яких діє протилежна закономірність: чим менша щільність матеріалу, тим вищим буде коефіцієнт теплопровідності.

Тому не можна довіряти виключно показнику відносної густини матеріалу, а варто враховувати й інші його характеристики.

Порівняльна характеристика теплоємності основних будівельних матеріалів

Для того, щоб порівняти теплоємність найбільш популярних будівельних матеріалів, таких як дерево, цегла і бетон, необхідно розрахувати величину теплоємності для кожного з них.

Насамперед потрібно визначитися з питомою масою дерева, цегли та бетону. Відомо, що 1 м3 дерева важить 500 кг, цеглини – 1700 кг, а бетону – 2300 кг. Якщо ми беремо стінку, товщина якої становить 35 см, то шляхом нехитрих розрахунків отримаємо, що питома вага 1 кв.м дерева складе 175 кг, цегли – 595 кг, а бетону – 805 кг.
Далі виберемо значення температури, за якої відбуватиметься накопичення теплової енергії у стінах. Наприклад, це відбуватиметься у спекотний літній день із температурою повітря 270С. Для вибраних умов розраховуємо теплоємність вибраних матеріалів:

1. Стіна з дерева: С=СудхmудхΔТ; Сдер = 2,3 х175х27 = 10867,5 (кДж);
2. Стіна з бетону: С=СудхmудхΔТ; Сбет = 0,84 х805х27 = 18257,4 (кДж);
3. Стіна із цегли: С=СудхmудхΔТ; Скірп = 0,88 х595х27 = 14137,2 (кДж).

З розрахунків видно, що при однаковій товщині стіни найбільшим показником теплоємності має бетон, а найменшим - дерево. Про що це каже? Це говорить про те, що у спекотний літній день максимальна кількість тепла накопичуватиметься в будинку, виконаному з бетону, а найменше – з дерева.

Цим пояснює той факт, що у дерев'яному будинку в спеку прохолодно, а в холодну погоду тепло. Цегла та бетон легко накопичують у собі досить велику кількість тепла з навколишнього середовища, але так само легко і розлучаються з ним.

Теплоємність та теплопровідність матеріалів

Теплопровідність - це фізична величина матеріалів, що описує здатність проникнення температури з однієї поверхні стіни на іншу.

Для створення комфортних умов у приміщенні необхідно, щоб стіни мали високий показник теплоємності та низький коефіцієнт теплопровідності. У цьому випадку стіни будинку будуть здатні накопичувати теплову енергію навколишнього середовища, але при цьому перешкоджатиме проникненню теплового випромінювання всередину приміщення.

Здатність матеріалу утримувати тепло оцінюється його питомою теплоємністю, тобто. кількістю тепла (в кДж), необхідним підвищення температури одного кілограма матеріалу на один градус. Наприклад, вода має питому теплоємність, що дорівнює 4,19 кДж/(кг*K). Це означає, наприклад, що підвищення температури 1 кг води на 1°K потрібно 4,19 кДж.

Таблиця 1. Порівняння деяких теплоакумулюючих матеріалів

Матеріал	Щільність кг/м 3	Теплоємність, кДж/(кг*K)	Коефіцієнт теплопровідності, Вт/(м*K)	Маса ТАМ для теплоакумулювання 1 ГДж теплоти при Δ= 20 K, кг	Відносна маса ТАМ щодо маси води, кг/кг	Об'єм ТАМ для теплоакумулювання 1 ГДж теплоти при Δ= 20 K, м 3	Відносний об'єм ТАМ по відношенню до об'єму води, м 3 /м 3
Граніт, галька	1600	0,84	0,45	59500	5	49,6	4,2
Вода	1000	4,2	0,6	11900	1	11,9	1
Глауберова сіль (декагідрат сульфату натрію)	14600 1300	1,92 3,26	1,85 1,714	3300	0,28	2,26	0,19
Парафін	786	2,89	0,498	3750	0,32	4,77	0,4

Для водонагрівальних установок та рідинних систем опалення найкраще як теплоакумулюючий матеріал застосовувати воду, а для повітряних геліосистем - гальку, гравій і т.п. Слід мати на увазі, що гальковий теплоакумулятор при однаковій енергоємності в порівнянні з водяним теплоакумулятором має в 3 рази більший об'єм і займає в 1,6 рази більшу площу. Наприклад, водяний теплоакумулятор діаметром 1,5 м і висотою 1,4 м має об'єм 4,3 м 3 , у той час як гальковий теплоакумулятор у формі куба зі стороною 2,4 м має об'єм 13,8 м 3 .

Щільність акумулювання теплоти значною мірою залежить від методу акумулювання та роду теплоакумулюючого матеріалу. Вона може бути акумульована в хімічно зв'язаному вигляді палива. При цьому щільність акумулювання відповідає теплоті згоряння, кВт*год/кг:

• нафта – 11,3;
• вугілля (умовне паливо) – 8,1;
• водень – 33,6;
• деревина – 4,2.

При термохімічному акумулюванні теплоти в цеоліті (процеси адсорбції - десорбції) може акумулюватися 286 Вт*ч/кг теплоти при температурі 55°C. Щільність акумулювання теплоти в твердих матеріалах (скельна порода, галька, граніт, бетон, цегла) при різниці температур 60 ° C становить 14 17 Вт * год / кг, а у воді - 70 Вт * год / кг. При фазових переходах речовини (плавлення - затвердіння) щільність акумулювання значно вища, Вт*ч/кг:

• лід (танення) – 93;
• парафін – 47;
• гідрати солей неорганічних кислот - 40?130.

На жаль, найкращий з наведених у таблиці 2 будівельних матеріалів - бетон, питома теплоємність якого становить 1,1 кДж/(кг*K), утримує лише ¼ тієї кількості тепла, яке зберігає вода тієї ж ваги. Проте густина бетону (кг/м 3 ) значно перевищує густину води. У другому стовпці таблиці 2 наведено щільність цих матеріалів. Помноживши питому теплоємність на густину матеріалу, отримаємо теплоємність на кубічний метр. Ці величини наведені в третьому стовпці таблиці 2. Слід зазначити, що вода, незважаючи на те, що має найменшу щільність із усіх наведених матеріалів, має теплоємність на 1 м 3 вище (2328,8 кДж/м 3), ніж інші матеріали таблиці, через її значно більшу питому теплоємність. Низька питома теплоємність бетону значно компенсується його великою масою, завдяки якій він утримує значну кількість тепла (1415,9 кДж/м 3 ).

Створення оптимального мікроклімату та витрата теплової енергії на опалення приватного будинку в холодну пору року багато в чому залежить від теплоізоляційних властивостей будівельних матеріалів, з яких зведено цю споруду. Однією з таких характеристик є теплоємність. Це значення необхідно враховувати під час вибору будматеріалів для конструювання приватного будинку. Тому далі буде розглянуто теплоємність деяких будівельних матеріалів.

Визначення та формула теплоємності

Кожна речовина тією чи іншою мірою здатна поглинати, запасати та утримувати теплову енергію. Для опису цього процесу запроваджено поняття теплоємності, яка є властивістю матеріалу поглинати теплову енергію при нагріванні навколишнього повітря.

Щоб нагріти будь-який матеріал масою m від температури t поч до температури t кон, потрібно буде витратити певну кількість теплової енергії Q, яка буде пропорційною масі та різниці температур ΔТ (t кон -t поч). Тому формула теплоємності буде виглядати так: Q = c*m*ΔТ, де с – коефіцієнт теплоємності (питоме значення). Його можна розрахувати за формулою: = Q/(m* ΔТ) (ккал/(кг* °C)).

Умовно прийнявши, що маса речовини дорівнює 1 кг, а ΔТ = 1°C, можна отримати, що = Q (ккал). Це означає, що питома теплоємність дорівнює кількості теплової енергії, яка витрачається на нагрівання матеріалу масою 1 кг на 1°C.

Повернутись до змісту

Використання теплоємності на практиці

Будівельні матеріали з високою теплоємністю використовують для будівництва теплостійких конструкцій.Це дуже важливо для приватних будинків, де люди проживають постійно. Справа в тому, що такі конструкції дозволяють запасати (акумулювати) тепло, завдяки чому в будинку підтримується комфортна температура досить довгий час. Спочатку опалювальний прилад нагріває повітря та стіни, після чого вже самі стіни прогрівають повітря. Це дозволяє заощадити кошти на опаленні та зробити проживання більш затишним. Для будинку, в якому люди проживають періодично (наприклад, у вихідні), велика теплоємність будматеріалу матиме зворотній ефект: така будівля буде досить складно швидко натопити.

Значення теплоємності будівельних матеріалів наведені в СНіП II-3-79. Нижче наведено таблицю основних будівельних матеріалів та значення їх питомої теплоємності.

Таблиця 1

Цегла має високу теплоємність, тому ідеально підходить для будівництва будинків та зведення печей.

Говорячи про теплоємність, слід зазначити, що опалювальні печі рекомендується будувати з цегли, оскільки значення її теплоємності досить високе. Це дозволяє використовувати піч як своєрідний акумулятор тепла. Теплоакумулятори в системах опалення (особливо в системах водяного опалення) з кожним роком застосовуються все частіше. Такі пристрої зручні тим, що їх досить 1 раз добре нагріти інтенсивною топкою твердопаливного котла, після чого вони обігріватимуть ваш будинок протягом цілого дня і навіть більше. Це дозволить суттєво заощадити ваш бюджет.

Повернутись до змісту

Теплоємність будівельних матеріалів

Якими мають бути стіни приватного будинку, щоб відповідати будівельним нормам? Відповідь це питання має кілька нюансів. Щоб з ними розібратися, буде наведено приклад теплоємності 2-х найпопулярніших будівельних матеріалів: бетону та дерева. має значення 0,84 кДж/(кг*°C), а дерева – 2,3 кДж/(кг*°C).

На перший погляд можна вирішити, що дерево – більш теплоємний матеріал, ніж бетон. Це дійсно так, адже деревина містить майже в 3 рази більше теплової енергії, ніж бетон. Для нагрівання 1 кг дерева потрібно витратити 2,3 кДж теплової енергії, але при охолодженні воно також віддасть у простір 2,3 кДж. При цьому 1 кг бетонної конструкції здатний акумулювати і відповідно віддати тільки 0,84 кДж.

Але не варто поспішати із висновками. Наприклад, потрібно дізнатися, яку теплоємність буде мати 1 м 2 бетонної та дерев'яної стіни завтовшки 30 см. Для цього спочатку потрібно порахувати вагу таких конструкцій. 1 м 2 даної бетонної стіни важитиме: 2300 кг/м 3 *0,3 м 3 = 690 кг. 1 м 2 дерев'яної стіни важитиме: 500 кг/м 3 *0,3 м 3 = 150 кг.

• для бетонної стіни: 0,84 * 690 * 22 = 12751 кДж;
• для дерев'яної конструкції: 2,3 * 150 * 22 = 7590 кДж.

З отриманого результату можна зробити висновок, що 1 м 3 деревини практично в 2 рази менше акумулюватиме тепло, ніж бетон. Проміжним матеріалом теплоємності між бетоном і деревом є цегляна кладка, в одиниці об'єму якої за тих же умов буде міститися 9199 кДж теплової енергії. При цьому газобетон як будівельний матеріал міститиме лише 3326 кДж, що буде значно менше дерева. Однак на практиці товщина дерев'яної конструкції може бути 15-20 см, коли газобетон можна укласти в кілька рядів, значно збільшуючи питому теплоємність стіни.