Для уменьшения колебаний температуры воздуха в помещениях зимой (в условиях периодической работы отопления), а в южных районах — для устранения перегрева воздуха летом наружные ограждения должны обладать необходимой теплоустойчивостью.

Строительные конструкции внешних ограждений отапливаемых зданий должны отвечать требованиям прочности и устойчивости, огнестойкости и долговечносТи а также требованиям архитектурного оформления, экономичности и теплотехническим нормам. Ограждающие конструкции выбирают в зависимости от и конструктивного решения, и физических свойств материалов. В зданиях, внутренний воздух которых насыщен влагой, следует учитывать паропроницание и возможность накопления влаги в толще наружного ограждения, что снижает его сопротивление теплопередаче, приводит к появлению сырости, поражению древесным грибком, к деформации конструкции и коррозии металлов.

Для уменьшения колебаний температуры воздуха в помещениях зимой (в условиях периодической работы отопления), а в южных районах — для устранения перегрева воздуха летом наружные ограждения должны обладать необходимой теплоустойчивостью. Чтобы получить наиболее экономичное конструктивное решение, теплозащитные качества наружных ограждений определяют расчетом. Теплозащитные свойства внутренних стен, перегородок и междуэтажных перекрытий проверяют расчетом при разности температур в разделяемых помещениях более 10°С.

Удельная теплоемкость строительных материалов. Физические свойства строительных материалов характеризуются объемной массой, удельной теплоемкостью и коэффициентом теплопроводности, теплоус-воения, паро- и воздухопроницаемостью. 

Объемная масса материала (у) измеряется в кг/м3 с учетом пустот, присутствующих в его объеме.

Удельная теплоемкость "с" измеряется в ккал/ (КГ'°С) и обозначает количество теплоты, необходимое Аля нагрева 1 кг материала на 1°С.

Теплопроводностью называют свойство материала передовать теплоту от одной поверхности к другой. Это свойство является главным как для большой группы теплоизоляционных материалов, так и для материалов,применяемых при устройстве наружных стен и покры-

зданий. Тепловой поток проходит через "каркас"воздушные ячейки пористого материала.

Коэффициент теплопроводности материала (X) из-Ряется в ккал/ (м'Ч'°С) и определяет количествотеплоты в ккал, проходящее через плоскую однородную стенку площадью 1 мг и толщиной 1 м в течение 1 часа при разности температур на противоположных поверхностях стенки 1°С. Чем больше его объемная масса и влажность, тем больше теплопроводность. Теплотехнические характеристики основных строительных материалов и конструкций приведены в таблице 8.

Существенное значение для теплопроводности имеет химическая природа веществ, входящих в состав материала. Причем, чем тяжелее атомы или атомные группы, образующие кристаллы материала, тем слабее они между собой связаны, тем меньше теплопроводи-мость материала. Так, теплопроводность шлакобето-нов на металлургических шлаках меньше по сравнению со шлакобетонами такой же плотности, но на топливных (котельных) шлаках. Это объясняется тем, что в состав металлургических шлаков входит кальций, марганец и железо, относительная атомная масса которых значительно больше, чем относительная атомная масса углерода и серы, входящих в состав топливных шлаков.

Теплопроводность теплоизолирующих материалов зависит от их плотности пористости, структуры и формы пор, температуры, влажности, фазового состава влаги и других факторов. Для большинства строительных материалов, имеющих воздушные поры-пустоты, коэффициент теплопроводности находится в прямой зависимости от их объемной массы. На практике удобно судить о теплопроводности материала по его плотности (рис. 9 и 10). Известна формула В. П. Некрасова, связывающая теплопроводность с относительной плотностью каменного материала d:

Х= 1,1б\/0,0196 + 0,22(12-0,16)

Закон изменения теплопроводности сухих строительных материалов в зависимости от их температуры обычно близок к линейному (рис. 9, фрагмент Б). Увеличение количества мелких и замкнутых пор всегда существенно понижает теплопроводность материала. В крупных порах, а особенно в сообщающихся между собой, возникают конвективные потоки воздуха, снижающие теплоизолирующий эффект пористости. По мере уменьшения общей плотности материала количество крупных пор обычно увеличивается, и теплопроводность уменьшается. Заметную роль играет не только общая пористость, но и форма, размер и ориентация пор, поскольку направление потока тепла и излучения внутри пор оказывает большое влияние на общую теплопроводность материала.

Влажностный режим в зданиях (сухой, нормальный, влажный и мокрый) в условиях эксплуатации ограждающих конструкций принимают в зависимости от относительной влажности внутреннего воздуха по таблице 9.

Влага, находящаяся в порах материала, меняет его теплопроводность. Во влажном материале пустоты заполнены водой, что увеличивает его теплопроводность, поскольку Я воды примерно в 20 раз больше Я воздуха. При отрицательных температурах теплопроводность влажных строительных материалов определяется характером криогенных фазовых превращений влаги и может быть выше или ниже, чем в зоне положительных температур. Это объясняется тем, что при отрицательной температуре влага в межпоровом пространстве может не превращаться в лед, а выпадать в виде инея, теплопроводность которого ниже чем у льда и воды. Когда влаги недостаточно для заполнения крупных пор льдом, где в первую очередь происходят криогенные фазовые превращения, теплопроводность материала снижается. Причем лед сорбирует влагу из более мелких пор и тем самым как бы осушает материал.

При большом влагосодержании материала лед в его порах образует не вкрапления, а мостики холода, существенно увеличивая теплопроводность материала. Зависимость теплопроводности некоторых строительных материалов от их температуры и влажности показана на рис. 11 и 12. При эксплуатации зданий передача тепла через ограждения происходит в нестационарных условиях и характеризуется температуропроводностью материала ограждающей конструкции. Характер зависимости температуропроводности теплоизоляционных строительных материалов от их температуры и влажности аналогичен зависимости теплопроводности от этих параметров.

Термическое сопротивление - важнейшая характеристика качества наружных ограждающих конструкции, связанная с теплопроводностью материалов. От нее зависит толщина наружных стен и расход топлива на отопление зданий.

Теплоемкость определяется количеством теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру на 1°С. Теплоемкость неорганических строительных материалов (бетона, кирпича, природных каменных материалов) изменяется от 0,75 до 0,92 кДж/(кг*°С). Теплоемкость сухих органических материалов (например, древесины) около 0,7 кДж/(кг-ос). Вода имеет наибольшую теплоемкость — 4,19 кДж/(кг-°С), поэтому с повышением влажности материалов теплоемкость возрастает.

Огнеупорность — свойство материала выдерживать длительное воздействие высокой температуры, не размягчаясь и не деформируясь. Огнеупорные материалы применяют для внутренней футеровки промышленных печей.

Огнестойкость — свойство материала сопротивляться действию огня в течение определенного времени. Эта характеристика зависит от сгораемости материала то есть от его способности воспламеняться и гореть. 

Общие свойства материалов и их применение

Любое сооружение строится из различных материалов, отличающихся как по своему внешнему виду, так и по своим внутренним качествам. Кирпич легко ломается и колется от сильных ударов, но хорошо переносит сжатие; он плохо проводит тепло, медленно нагревается, но будучи нагрет, медленно остывает. Сталь, наоборот, хорошо сопротивляется и растяжению и сжатию, не ломается при изгибе, легко проводит тепло.

Те или иные свойства материала предопределяют возможность его применения в отдельных частях сооружения. Для правильного выбора необходимого материала надо хорошо представлять себе те требования, которые следует предъявить к нему. Например, рассмотрим конструкцию стен отопительной печи. Стенки печи предохраняют окружающие предметы и людей от действия высокой температуры сжигаемого внутри печи топлива, т. е.. они не должны сильно накаляться, а после равномерного нагрева должны медленно остывать, сохраняя тепло возможно дольше. Материал стен не будет подвергаться ни изгибу, ни растяжению, он будет испытывать сжатие под действием собственного веса.

Всем этим требованиям вполне отвечает кирпич, который, обычно и применяется для кладки печей. Чтобы мастер правильно делал выбор материалов, он должен вполне отчетливо представлять себе, как данный материал «работает». Это значит, что мастер должен знать все основные свойства материала, употребляемого в дело. Рассмотрим следующие основные свойства материалов. Пористость. В сплошном массиве каждого материала есть ячейки, заполненные воздухом.В большинстве случаев эти ячейки настолько малы, что их не видно невооруженным глазом. Такие мелкие ячейки называют порами. Более крупные носят название пустот.

Отношение объема пустот к полному объему материала называется пористостью его. Чем больше объем пустот в материале, тем он пористее. Пористость гранита, например, меньше 1%, а пористого кирпича — около 75%. Существуют так называемые плотные материалы, в которых объем пустот практически отсутствует. Примерами таких материалов являются вода, стекло. Увеличение пористости уменьшает прочность, увеличивает воздухо-, влаго- и теплопроницаемость материалов. От большей или меньшей пористости материалов зависит их объемный вес.

Объемный вес. Вес единицы объема материала в его естественном состоянии (вместе с порами) называют объемным весом этого материала. При определении объемного веса материала измеряют его вес и объем, а затем делят вес на объем. Если объем трудно измерить, то исследуемый кусок материала взвешивают, затем погружают в сосуд, наполненный водой. Затем измеряют объем воды, вытесненной из сосуда, и вес тела делят на полученный объем. За единицу объема обычно принимают кубический метр (м3) или кубический сантиметр (см3), а вес выражают в килограммах (кг) или граммах (г). Объемный вес соответственно выражают или в килограммах на кубический метр (кг/м3), или в граммах на кубический сантиметр (г/см3). Для того чтобы сравнивать объемный вес, надо применять одни и те же единицы измерения. В табл. 1 приводятся сравнения объемных весов ряда строительных материалов.

Теплоемкость строительных блоков из арболита и других материалов

   Теплоемкость - свойство материала при нагревании поглощать теплоту, а при охлаждении отдавать ее. Показателем теплоемкости служит удельная теплоемкость.

За счет химической природы одни материалы способны передавать энергию, оставаясь устойчивыми, а другие — накапливать ее до момента их разрушения. Другими словами, неорганические вещества, атомное строение которых имеет волновой характер, являются проводниками тепла, а органические вещества — накопителями или изоляторами.

Высокая теплоёмкость строительной детали приводит к ровному климату в помещении, так как сокращаются сильные колебания температуры (день -ночь, перемена погоды). Климат в помещении существенным образом обуславливается теплоёмкостью строительных деталей.

О чем говорят эти коэффициенты? Если мы приехали на дачу зимой и начнем ее протапливать, то в кирпичном или из пенобетона доме в начале будут прогреваться стены, а только потом внутреннее помещение, у домов из арболита сразу идет прогрев помещения.

В холодных районах при нерегулируемых автономно системах отопления эта характеристика имеет большое значение для поддержания устойчивых тепловых режимов в помещениях.

В нижеприведённой таблице видно, что стена, возведённая из арболитовых блоков имеет в 2 раза более высокую теплоёмкость, чем сопоставимая с ней в плане теплоизоляции стена из полистиролбетона и 3 и более раз чем из керамзитабетона, пенно-газобетона, кирпича.