Показатели удельной теплоемкости различных видов кирпича. Плотность и удельная теплоемкость кирпича Удельная теплоемкость материалов
Кирпич — ходовой стройматериал в строительстве зданий и сооружений. Многие различают только красный и белый кирпич, но его виды намного разнообразнее. Они различаются как внешне (форма, цвет, размеры), так и такими свойствами, как плотность и теплоемкость.
Традиционно различают керамический и силикатный кирпич, которые имеют различную технологию изготовления. Важно знать, что плотность кирпича, его удельная теплоемкость и у каждого вида может существенно отличаться.
Керамический кирпич изготавливается из с различными добавками и подвергается обжигу. Удельная теплоемкость керамического кирпича равна 700…900 Дж/(кг·град) . Средняя плотность керамического кирпича имеет значение 1400 кг/м 3 . Преимуществами этого вида являются: гладкая поверхность, морозо- и водоустойчивость, а также стойкость к высоким температурам. Плотность керамического кирпича определяется его пористостью и может находится в пределах от 700 до 2100 кг/м 3 . Чем выше пористость, тем меньше плотность кирпича.
Силикатный кирпич имеет следующие разновидности: полнотелый, пустотелый и поризованный, он имеет несколько типоразмеров: одинарный, полуторный и двойной. Средняя плотность силикатного кирпича составляет 1600 кг/м 3 . Плюсы силикатного кирпича в отличной звуконепроницаемости. Даже если прокладывать тонкий слой из такого материала, звукоизоляционные свойства останутся на должном уровне. Удельная теплоемкость силикатного кирпича находится в пределах от 750 до 850 Дж/(кг·град) .
Значения плотности кирпича различных видов и его удельной (массовой) теплоемкости при различных температурах представлены в таблице:
| Вид кирпича | Температура, °С |
Плотность, кг/м 3 |
Теплоемкость, Дж/(кг·град) |
|---|---|---|---|
| Трепельный | -20…20 | 700…1300 | 712 |
| Силикатный | -20…20 | 1000…2200 | 754…837 |
| Саманный | -20…20 | — | 753 |
| Красный | 0…100 | 1600…2070 | 840…879 |
| Желтый | -20…20 | 1817 | 728 |
| Строительный | 20 | 800…1500 | 800 |
| Облицовочный | 20 | 1800 | 880 |
| Динасовый | 100 | 1500…1900 | 842 |
| Динасовый | 1000 | 1500…1900 | 1100 |
| Динасовый | 1500 | 1500…1900 | 1243 |
| Карборундовый | 20 | 1000…1300 | 700 |
| Карборундовый | 100 | 1000…1300 | 841 |
| Карборундовый | 1000 | 1000…1300 | 779 |
| Магнезитовый | 100 | 2700 | 930 |
| Магнезитовый | 1000 | 2700 | 1160 |
| Магнезитовый | 1500 | 2700 | 1239 |
| Хромитовый | 100 | 3050 | 712 |
| Хромитовый | 1000 | 3050 | 921 |
| Шамотный | 100 | 1850 | 833 |
| Шамотный | 1000 | 1850 | 1084 |
| Шамотный | 1500 | 1850 | 1251 |
Необходимо отметить еще один популярный вид кирпича – облицовочный кирпич. Он не боится ни влаги, ни холодов. Удельная теплоемкость облицовочного кирпича составляет 880 Дж/(кг·град) . Облицовочный кирпич имеет оттенки от ярко-желтого до огненно-красного. Таким материалом можно производить и отделочные и облицовочные работы. Плотность кирпича этого вида имеет величину 1800 кг/м 3 .
Стоит отметить отдельный класс кирпичей — огнеупорный кирпич. К этому классу относятся динасовый, карборундовый, магнезитовый и шамотный кирпич. Огнеупорный кирпич достаточно тяжел — плотность кирпича этого класса может достигать значения 2700 кг/м 3 .
Наименьшей теплоемкостью при высоких температурах обладает карборундовый кирпич — она составляет величину 779 Дж/(кг·град) при температуре 1000°С. Кладка из такого кирпича прогревается намного быстрее, чем из шамотного, но хуже держит тепло.
Огнеупорный кирпич применяется, при строительстве печей, с рабочей температурой до 1500°С. Удельная теплоемкость огнеупорного кирпича существенно зависит от температуры. Например, удельная теплоемкость шамотного кирпича имеет величину 833 Дж/(кг·град) при 100°С и 1251 Дж/(кг·град) при 1500°С.
Источники:
- Франчук А. У. Таблицы теплотехнических показателей строительных материалов, М.: НИИ строительной физики, 1969 — 142 с.
- Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И. К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с. строительной физики, 1969 — 142 с.
Способность материала удерживать тепло оценивается его удельной теплоемкостью , т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19 кДж.
| Материал | Плотность, кг/м 3 | Теплоемкость, кДж/(кг*K) | Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*K) | Масса ТАМ для теплоаккумулирования 1 ГДж теплоты при Δ= 20 K, кг | Относительная масса ТАМ по отношению к массе воды, кг/кг | Объем ТАМ для теплоаккумулирования 1 ГДж теплоты при Δ= 20 K, м 3 | Относительный объем ТАМ по отношению к объему воды, м 3 /м 3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Гранит, галька | 1600 | 0,84 | 0,45 | 59500 | 5 | 49,6 | 4,2 |
| Вода | 1000 | 4,2 | 0,6 | 11900 | 1 | 11,9 | 1 |
| Глауберова соль (декагидрат сульфата натрия) | 14600 1300 |
1,92 3,26 |
1,85 1,714 |
3300 | 0,28 | 2,26 | 0,19 |
| Парафин | 786 | 2,89 | 0,498 | 3750 | 0,32 | 4,77 | 0,4 |
Для водонагревательных установок и жидкостных систем отопления лучше всего в качестве теплоаккумулирующего материала применять воду, а для воздушных гелиосистем - гальку, гравий и т.п. Следует иметь в виду, что галечный теплоаккумулятор при одинаковой энергоемкости по сравнению с водяным теплоаккумулятором имеет в 3 раза больший объем и занимает в 1,6 раза большую площадь. Например, водяной теплоаккумулятор диаметром 1,5 м и высотой 1,4 м имеет объем 4,3 м 3 , в то время как галечный теплоаккумулятор в форме куба со стороной 2,4 м имеет объем 13,8 м 3 .
Плотность аккумулирования теплоты в значительной степени зависит от метода аккумулирования и рода теплоаккумулирующего материала. Она может быть аккумулирована в химически связанном виде в топливе. При этом плотность аккумулирования соответствует теплоте сгорания, кВт*ч/кг:
- нефть - 11,3;
- уголь (условное топливо) - 8,1;
- водород - 33,6;
- древесина - 4,2.
При термохимическом аккумулировании теплоты в цеолите (процессы адсорбции - десорбции) может аккумулироваться 286 Вт*ч/кг теплоты при разности температур 55°C. Плотность аккумулирования теплоты в твердых материалах (скальная порода, галька, гранит, бетон, кирпич) при разности температур 60°C составляет 14 17 Вт*ч/кг, а в воде - 70 Вт*ч/кг. При фазовых переходах вещества (плавление - затвердевание) плотность аккумулирования значительно выше, Вт*ч/кг:
- лед (таяние) - 93;
- парафин - 47;
- гидраты солей неорганических кислот - 40 130.
К сожалению, лучший из приведенных в таблице 2 строительных материалов - бетон, удельная теплоемкость которого составляет 1,1 кДж/(кг*K), удерживает лишь ¼ того количества тепла, которое хранит вода того же веса. Однако плотность бетона (кг/м 3) значительно превышает плотность воды. Во втором столбце таблицы 2 приведены плотности этих материалов. Умножив удельную теплоемкость на плотность материала, получим теплоемкость на кубический метр. Эти величины приведены в третьем столбце таблицы 2. Следует отметить, что вода, несмотря на то, что обладает наименьшей плотностью из всех приведенных материалов, имеет теплоемкость на 1 м 3 выше (2328,8 кДж/м 3), чем остальные материалы таблицы, в силу ее значительно большей удельной теплоемкости. Низкая удельная теплоемкость бетона в значительной степени компенсируется его большой массой, благодаря которой он удерживает значительное количество тепла (1415,9 кДж/м 3).
Прежде чем ответить на главный вопрос — вредный ли шамотный кирпич, необходимо понять, что это за строительный материал, в каких областях и конструкциях применяется и из каких компонентов производится.
Чаще всего шамотный кирпич используется при сооружении печей и каминов.
Обычный кирпич, используемый в строительстве, не подходит для конструкций, которые постоянно подвергаются действию высоких температур. Для подобных условий применяются кирпичи из огнеупорных материалов, самым популярным из которых является шамотный кирпич . Без его использования сложно представить и частное, и промышленное строительство.
Специфичный песочно-желтый окрас и крупнозернистая структура делают шамотный кирпич легко узнаваемым. Необычные свойства материалу придает технология изготовления, в ходе которого исходное сырье формуется и обжигается при высоких температурах. Причем их уровень на каждой стадии в обязательном порядке строго контролируется.
Изготавливается шамотный кирпич из особого сорта глины.Высокие показатели (теплоемкость и огнестойкость) достигаются особым составом исходного сырья. Шамотный кирпич изготавливают из специальных марок глины (которые и носят название «шамот») с применением некоторых добавок, в частности, оксида алюминия. Именно он «отвечает» за прочность и стойкость строительного материала и, самое главное, пористость, от которой напрямую зависит теплоемкость шамотного кирпича.
Понятно, что чем больше добавляется оксида алюминия, тем выше пористость материала и, соответственно, ниже прочность. Найти баланс между этими двумя показателями — самое главное в производстве шамотного кирпича, да и теплоемкость от этого тоже зависит.
Недостатки
Исходя из вышесказанного, можно сделать однозначный вывод — миф о вредности шамотного кирпича не имеет под собой никакого фактического обоснования. Более того, трудно даже просто объяснить причину его возникновения. Вполне возможно, что материал невольно «пострадал» из-за того, что само производство шамотного кирпича, как и большинства других строительных материалов, особенно до прихода современных технологий, зачастую не являлось образцом для подражания защитникам окружающей среды.
Как бы то ни было, опыт многолетней эксплуатации материала позволяет однозначно утверждать, что при воздействии высоких температур (даже предельно высоких) не происходит выделения абсолютно никаких вредных для человека веществ. Трудно ожидать иного, особенно учитывая то, что при производстве шамотного кирпича применяется материал, в экологической чистоте которого сложно усомниться, а именно глина. Можно даже провести параллель с глиняной посудой, которая сопровождает человека множество сотен лет.
Означает ли это, что шамотный кирпич не имеет недостатков? Конечно же, нет. Можно отметить несколько основных:
- Блоки шамотного кирпича трудно обрабатывать и резать из-за высокой прочности. Этот минус частично нивелируется многообразием форм блоков шамотного кирпича, позволяющих добиваться практически любых дизайнерских изысков без резки материала.
- Даже в одной партии изделия заметны отклонения в размерах кирпичей, а добиться большей унификации блоков проблематично из-за особенностей технологии производства.
- Дороговизна материала в сравнении с обычным кирпичом. Избежать этого недостатка также невозможно: условия эксплуатации требуют применение подходящего материала. Использование обычного, не огнеупорного кирпича резко снижает срок службы конструкции либо требует применения дополнительных средств его обработки.
Характеристики
Шамотный кирпич просто незаменим в сфере частного строительства при возведении печей и каминов. Но для того, чтобы конструкция эксплуатировалась долгие годы, необходим качественный материал. Это особенно актуально именно для частников, так как крупные промышленные предприятия имеют больше возможностей по контролю применяемых в строительстве материалов.
И-за высокой прочности шамотный кирпич сложно резать и обрабатывать.
Все показатели шамотного кирпича — от прочности до морозостойкости, от пористости до плотности строго регламентируются государственными стандартами. Стоит отметить, что в последние годы часть производителей при производстве шамотного кирпича руководствуется собственными техническими условиями. В результате по ряду параметров возможны некоторые расхождения. Поэтому при приобретении материала необходимо в обязательном порядке проверять сертификат соответствия на качество продукции.
Следует обратить особое внимание на вес кирпичей. Чем он меньше, тем выше теплопроводность и, соответственно, ниже теплоемкость. Оптимальная масса огнеупорного блока определена ГОСТом в пределах 3,7 кг.
Виды и маркировка
Современные заводы-производители предлагают большое количество самых различных видов шамотного кирпича, которые различаются по массе и форме, технологии производства и степени пористости.
Стандартными по форме прямым и арочным блоками разнообразие форм шамотного кирпича далеко не заканчивается.
Большое распространение получили трапецеидальный и клиновидный, способные удовлетворить любые требования к конструктивным элементам.
В зависимости от показателя степени пористости, шамотный кирпич может варьироваться от особо плотного (менее 3% пористости) до ультралегковесного (пористость — 85% и более).
Основные характеристики очень просто определить по маркировке огнеупорного кирпича , которая в обязательном порядке наносится на каждый блок. В настоящее время выпускаются следующие марки:
- ШВ, ШУС.
Теплопроводность шамотного кирпича этих разновидностей позволяет применять их в промышленности — для футеровки стен газоходов парогенераторов и конвективных шахт.
- ША, ШБ, ШАК.
Самые универсальные и в силу этого популярные огнеупорные блоки, используемые в большинстве своем частниками. Применяются особенно часто при кладке каминов и печей. Могут использоваться при температурах до 1690 градусов. Кроме того, обладают высокой прочностью.
Используются при строительстве агрегатов по производству кокса.
Легковесная разновидность материала, используемая для футеровки печей с относительно невысокой температурой нагрева — не более 1300 градусов. Небольшой вес огнеупорных блоков достигается ростом показателя пористости.
//www.youtube.com/watch?v=HrJ-oXlbD5U
Именно маркировку при приобретении материала необходимо изучать в первую очередь, что позволит любому строителю выбрать именно тот вид шамотного кирпича, который наиболее подходит для особенностей конструкции. А изучив приведенную информацию, любой может быть уверен в том, что шамотный кирпич не представляет никакой опасности для человека, а тем более мифического вреда.
Кирпич широко применяется в частном и профессиональном строительстве. Существует много разновидностей этого материала. При выборе стройматериала для возведения или облицовки сооружений важную роль играют его характеристики.
Характеристики, влияющие на качество
Нужно учитывать следующие свойства продукта:
- теплопроводность – это способность передавать тепло, полученное от воздуха внутри помещения, наружу;
- теплоемкость – количество тепла, позволяющее осуществить нагрев одного килограмма стройматериала на один градус по Цельсию;
- плотность – определяется наличием внутренних пор.
Ниже будет приведено описание различных типов изделий.
Керамический
Изготавливают из глины с добавлением определенных веществ. После изготовления подвергают термической обработке в специализированных печах. Показатель удельной теплоемкости составляет 0.7 – 0.9 кДж, а плотность – около 1300–1500 кг/м 3 .
Сегодня многие производители выпускают керамическую продукцию. Такие изделия отличаются не только размерами, но и своими свойствами. Например, теплопроводность керамического блока гораздо ниже, чем обычного. Это достигается за счет большого количества пустот внутри. В пустотах находится воздух, который плохо проводит тепло.
Силикатный
Силикатный кирпич пользуется высоким спросом в строительстве, популярность обусловлена прочностью, доступностью и низкой стоимостью. Показатель удельной теплоемкости составляет 0.75 – 0.85 кДж, а его плотность – от 1000 до 2200 кг/м 3 .
Продукт имеет хорошие звукоизоляционные свойства. Стена из силикатного изделия будет изолировать сооружение от проникновения различного рода шума. Его чаще всего используют для возведения перегородок. Продукт широко применяется в качестве промежуточного слоя в кладке, выполняющего роль звукоизолятора.
Облицовочный
Облицовочные блоки широко распространены при отделке наружных стен зданий не только из-за привлекательного внешнего вида. Удельная теплоемкость кирпича – 900 Дж, а значение плотности находится в пределах 2700 кг/м 3 . Такое значение дает возможность материалу хорошо противостоять проникновению влаги сквозь кладку.
Огнеупорный
Огнеупорные блоки можно разделить на несколько видов:
- карборундовые;
- магнезитовые;
- динасовые;
- шамотные.
Огнестойкие изделия применяются для постройки высокотемпературных печей. Их плотность составляет 2700 кг/м 3 . Теплоемкость каждого из видов зависит от условий изготовления. Так, индекс теплоемкости у карборундового кирпича при температуре 1000 о С составляет 780 Дж. Шамотный кирпич при температуре 100 о С имеет индекс 840 Дж, а при 1500 о С этот параметр повысится до 1.25 кДж.
Влияние температурного режима
На качества большое влияние оказывает температурный режим. Так, при средней плотности материала теплоемкость может отличаться, в зависимости от температуры окружающей среды.
Из вышеперечисленного следует, что подбирать стройматериал необходимо, исходя из его характеристик и дальнейшей области его применения. Так удастся построить помещение, которое будет отвечать необходимым требованиям.
