Теплофизические свойства строительных материалов

Теплозащитные характеристики ограждений зависят от физических и теплотехнических свойств материалов. К ним относятся плотность и пористость материалов, их влажность, теплопроводность и теплоемкость.

Теплопроводность самих материалов зависит от следующих факторов:

- физического состояния и строения, которые определяются фазовым состоянием вещества; степенью кристаллизации и размерами кристаллов; анизотропией теплопроводности кристаллов и направлением теплового потока; объёмом пористости материала и характеристиками пористой структуры;

- химического состава и наличия примесей, последние особенно влияют на теплопроводность кристаллических тел;

- условий эксплуатации, зависящих от температуры, давления и влажности материала.

Большинство строительных материалов – пористые тела. Пористость определяет содержание пор в материале и выражается процентным соотношением объема пор к общему объему материала. Для строительных материалов она изменяется от нуля до 90 %. У материалов типа пенополистирола она может быть еще выше.

Под плотностью понимают массу единицы объема материала в том состоянии, в каком он применяется в строительстве. Плотность зависит от пористости, а для сыпучих материалов от степени их уплотнения. Для строительных материалов она изменяется в пределах от 3100 кг/м3 (баритовый бетон) до 20 кг/м³ (пенополистирол). От плотности и пористости зависят теплофизические качества материалов. По величине плотности можно приблизительно оценивать теплопроводность материала.

Под влажностью материала понимают содержание в нем химически свободной воды. Выражается влажность относительными величинами по массе или по объему:

где m1, m2 – масса влажного и сухого материала, кг.

Объемная влажность вычисляется по формуле:

где V1 – объем влаги содержащейся в материале;

V2 – объем сухого материала.

При одном и том же содержании влаги в образце массовая влажность может быть различной в зависимости от объемной плотности материала. Для материалов с большей объемной плотностью массовая влажность имеет меньший процент, чем для материала с меньшей объемной плотностью. В этой связи объемная влажность дает более наглядное представление о содержании влаги в материале.

Объемную влажность можно найти через влажность по массе, используя соотношение:

где ρо – плотность материала в сухом состоянии, кг/м³.

Важной теплотехнической характеристикой материала является теплоемкость - способность материала поглощать тепло при повышении температуры. Количественно теплоемкость характеризуется удельной теплоемкостью С, равной количеству тепла в Дж, необходимому для повышения температуры 1 кг материала на 1 °С, и имеющей размерность Дж/(кг°С). Величина С зависит от степени влажности материала: при увеличении влажности, теплоемкость увеличивается.

Теплопроводность материала – это свойство материала проводить тепло через свою массу. Теплопроводность количественно характеризуется коэффициентом теплопроводности λ, численно равным количеству тепла в Дж, проходящему через 1 м2 ограждения толщиной в 1 м в единицу времени при разности температур поверхностей ограждения 1 °С, и имеющим размерность Вт/(м°С). Строительные материалы имеют коэффициенты теплопроводности в пределах от 3,5 (гранит) до 0,04 Вт/(м°С) (минеральная вата). Определяется λ экспериментальным путем и зависит от плотности, влажности, температуры и структуры материала. Для большинства случаев увеличение плотности, влажности и температуры материала приводит к повышению величины λ.

Дата добавления: 2013-12-12