Теплофизические характеристики строительных материалов

Строительные материалы являются сложными капильрно-пористыми телами, поры которых могут быть заполнены влажным воздухом, жидкой влагой и льдом.

1. Влага, поглощенная строительным материалом удерживается силой взаимодействия молекул воды с молекулами материала на поверхности его твердой части и силами поверхностного натяжения воды.

Энергия связи влаги с твердым скелетом зависит от количества влаги, наиболее прочно удерживается в материале влага, содержащаяся в нем в малых количествах. В сильно увлажненном материале влага слабо связана, сравнительно свободно перемещается.

2. Теплопроводность , Вт/(м∙°C), характеризует свойства материалов проводить тепло. В толще влажного строительного материала передача тепла происходит несколькими путями:

- через твердый скелет;

- пленки жидкой влаги;

- лед.

В порах заполненных влажным воздухом, кроме теплопроводности теплообмен происходит конвекцией и излучением.

При влагообмене тепло может переноситься жидкой и парообразной влагой, а так же вследствие фазовых превращений.

Определенное количество тепла переносится фильтрующим через материал воздухом.

3. Строительные материалы различаются составом и строением их твердой части – скелета.

Проводимость тепла скелетов материалов не ограниченна происхождения значительно выше, чем у органических. Величины теплопроводности твердой части неорганичных материалов равны:

- при аморфной структуре 0,7÷3,5;

- при кристаллической строение 4,6÷14.

Твердая часть материалов органического происхождения имеет =0,29÷0,41; пластмассы – 0,16÷0,35. Материалы волокнистой структуры в большинстве случаев имеют значения теплопроводности при направлении теплового потока вдоль волокон в 2÷3 раза больше, чем при направлении потока поперек волокон.

4. Свойства теплопроводности при прочих равных условиях зависят и от крупности пор. В сообщающихся порах могут возникать конвективные токи воздуха, которые повышают проводимость тепла.

Увеличение пористости в таких материалах приводит к возрастанию общей теплопроводности.

5. Коэффициент теплопроводности отдельных видов материалов зависит от их объемной массы влажности и температуры. В основном эти зависимости определяется соотношением составляющих, которыми может быть заполнен объем материала. Теплопроводность материала сильно отличается от теплопроводности воздуха 0,023.

Влага, заполняющая поры имеет коэффициент теплопроводности около 0,58, т.е. в 25 раз больше, чем у воздуха. При переходе в лед жидкой влаги теплопроводность увеличивается в 4 раза, т.к. .

С увеличением объемной массы теплопроводность одного и того же материала увеличивается.

6. Зависимость от влажности является очень важным, с увеличением влажности материала возрастает. Увеличение связано с замещением в порах жидкой влаги на воздух, имеющих более высокий .

На стыках между частицами материала пленки воды создают «водяные манжеты», которые увеличивают площадь контакта между частями и способствует теплообмену между ними.

7. При высоких температурах с увеличением влажности растет быстрее. Перенос тепла в следствие влагообмена оказывается, тем больше, чем выше температура.

8. При переходе в зону отрицательных температур не вся влага сразу превращается в лед. С начала замерзает только свободная влага не связанная со скелетами в больших порах и капиллярах.

По мере понижения температуры количество твердых фаз влаги увеличивается за счет замерзания связанной влаги (обожженная керамика, песок), где почти вся масса влаги замерзает при температуре от -1 до -3 °С.

Значительно сильнее это свойство проявляется в коллоидных телах (глина). Теплопроводность мерзлого материала заметно выше, чем талого, но при малых содержаниях льда в сравнительно крупных порах может образовываться рыхлый иней, вследствие чего уменьшается.

9. Влажность материала в ограждениях изменяется и во времени. В начальный период это связано с внесением в конструкцию «строительной влаги».

В процессе эксплуатации, после того, как часть влаги испарится, материалы стен или перекрытий входят в некоторый установившейся влажный режим (квазистационарный). Влажность в этот период зависит от положения материалов в конструкции, внутренних условий помещения, климата, района постройки.

Значение для расчета теплового режима зданий принято устанавливать по так называемой «нормальной» влажности в период эксплуатации.