Кейс по теме «Количество теплоты. Теплопроводность»

Кейс по теме «Количество теплоты. Теплопроводность»

Кейс-ситуация:

Автор третьего начала термодинамики Вальтер Нернст в часы досуга разводил карпов. Однажды кто-то глубокомысленно заметил: «Странный выбор. Кур разводить и то интересней». Нернст невозмутимо ответил: «Я развожу таких животных, которые находятся в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Разводить теплокровных – это значит обогревать на свои деньги мировое пространство».

Справедливо ли замечание ученого?

На рисунке потери тепла дома в процентном соотношении. Стены дома должны обеспечить здоровый микроклимат без лишней влаги, плесени, холода. Для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.

Кейс задания:

1. Из какого материала построить дом?

2. От каких физических свойств зависит здоровый микроклимат дома?

3. Как называется свойство строительных материалов пропускать сквозь себя тепловую энергию при разнице температур? Используется ли это свойство при строительстве дома?

4. Определить самые эффективные дома для проживания человека: перечень материалов, рассчитать стоимость материалов для дома размерами 9м*9м, остальные параметры определить самостоятельно.

Коэффициент теплопроводности - физическая величина равная количеству теплоты (измеряемой в килокалориях), проходящей через материал толщиной 1 м за 1 час. При этом разница температур на противоположных сторонах его поверхности должна быть равной 1 °С. Исчисляется теплопроводность в Вт/м град .

Использование данной характеристики продиктовано необходимостью грамотного подбора типа фасада для создания максимальной теплоизоляции. Это необходимое условие для комфорта живущих или работающих в здании людей. Также теплопроводность строительных материалов учитывается при выборе дополнительного утепления дома. В данном случае ее расчет особенно важен, так как ошибки приводят к неправильному смещению точки росы и, как следствие - стены мокнут, в доме сыро и холодно.

Коэффициент теплопроводности материалов различный. К примеру, у сосны этот показатель равен 0,17 Вт/м град, у пенобетона – 0,18 Вт/м град: то есть, по способности сохранять тепло они примерно идентичны. Коэффициент теплопроводности кирпича – 0,55 Вт/м град, а обыкновенного (полнотелого) – 0,8 Вт/м град. Из всего этого следует, что для того, чтобы кирпичный дом был таким же теплым, как и деревянный сруб (из сосны), толщина его стен должна втрое превышать толщину стен сруба.

Не очень высокую теплопроводность кирпича можно компенсировать использованием дополнительного внутреннего или наружного утеплителя, например, пенополистирола, коэффициент теплопроводности которого – всего 0,03 Вт/м град.

Взамен дорогих домов из кирпича и не эффективных с точки зрения энергосбережения монолитных и каркасно-панельных домов из тяжелого и плотного бетона сегодня строят здания из ячеистого бетона. В доме из данного материала стены не промерзают даже в самые холодные зимы. Принцип каркасно-щитовой технологии строительства заключается в том, что между тонкими листами фанеры или плит OSB помещается теплоизолятор. Это может быть минеральная вата либо пенополистирол. Толщина материала выбирается с учетом его теплопроводности. Тонкие стены вполне справляются с задачей тепловой изоляции.

Пенополистирол и минеральная вата заняли лидирующие позиции при утеплении фасадов. Мнения специалистов разделились: одни утверждают, что вата накапливает конденсат и пригодна к эксплуатации лишь при одновременном использовании с паронепроницаемой мембраной. Но тогда стены теряют дышащие свойства, и качественное применение оказывается под вопросом. Другие уверяют, что создание вентилируемых фасадов решает данную проблему. При этом пенополистирол имеет низкую проводимость тепла и хорошо дышит. У него она пропорционально зависит от плотности листов: 40/100/150 кг/м3 = 0,03/0,04/0,05 Вт/м*ºC.

Еще одна важная характеристика, которую обязательно учитывают при строительстве - паропроницаемость. Она означает возможность стен пропускать изнутри влажность. При этом не происходят потери комнатной температуры и нет необходимости проветривать помещение. Низкая теплопроводность и высокая паропроницаемость стен обеспечивают идеальный для проживания человека микроклимат в доме.

Исходя из этих условий, можно определить самые эффективные дома для проживания человека. Наиболее низкой проводимостью тепла обладает пенобетон (0,08 Вт /м*ºC) при плотности 300 кг/м3. Этот строительный материал имеет также одну из самых высоких степеней паропроницаемости (0,26 Мг/м*ч*Па). Второе место по праву занимает древесина, в частности - сосна, ель, дуб. Их теплопроводность достаточно низкая (0,09 Вт/м*ºC) при условии обработки дерева поперек волокон. А паропроницаемость этих сортов наиболее высокая (0,32 Мг/м*ч*Па). Для сравнения: использование сосны, обработанной вдоль волокон, повышает выпуск тепла до 0,17-0,23 Вт/м*ºC.

Таким образом, для возведения стен подходят лучше всего пенобетон и древесина, так как они обладают лучшими параметрами по обеспечению экологической чистоты и хорошего микроклимата внутри помещений. Для изоляции фасада подходят пенополиуретан, пенополистирол, минеральная вата. Отдельно следует сказать о пакле. Ее закладывают для исключения мостиков холода во время кладки сруба. Она увеличивает и без того отличные свойства деревянного фасада: коэффициент проводимости тепла у пакли самый низкий (0,05 Вт/м*ºC), а паропроницаемость самая высокая (0,49 Мг/м*ч*Па).

Теплопроводность некоторых (но не всех) строительных материалов может значительно меняться в зависимости от их влажности. Первое значение в таблице — это значение для сухого состояния. Второе и третье значения — это значения теплопроводности для условий эксплуатации А и Б согласно приложению С СП 50.13330.2012. Условия эксплуатации зависят от климата региона и влажности в помещении. Проще говоря А — это обычная «средняя» эксплуатация, а Б — это влажные условия.

Теплопроводность строительных материалов

Источники:

http://osnovam.ru/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov

http://www.homeideal.ru/data/teploprovodnost.html