Теплопроводность древесины. Теплотехника деревянных домов
1643366040 
В любом здании внутренняя и внешняя поверхности нагреваются различно. В результате от точки большего нагрева к точке меньшего нагрева начинается поток тепла. Передача тепла в разных материалах происходит по-разному. На это влияет такое свойства материалов как теплопроводность.
Теплопроводность — свойство материалов проводить тепло от нагретой части к не нагретой вследствие хаотического движения частиц (молекул, атомов и т.д.). Происходит это в результате столкновения частиц. Столкновения именно хаотичного, а не направленного.
В рамках строительства домов при рассмотрении вопроса теплопроводности, потери тепла, когда стены имеют ровную поверхность, условно принимают передачу тепла как прямой, а не хаотичный поток. При этом и температура рассматривается не поверхности материала, а температуры внутри помещения и снаружи.
Рассмотрим особенности теплопроводности и потери тепла в деревянных домах.
Древесина как строительный материал
Неоднократно уже указывалось в наших статьях, что строительный материал изначально, впрочем, часто и сейчас, привязывался к регионам строительства. Вполне естественно, что в России основным строительным материалом стала древесина разных пород деревьев с учетом места их произрастания.
В местах отсутствия леса, например, в степных районах, таким строительным материалом становился саман — смесь глины с соломой (именно эта идея лежит в изготовлении современного арболита). В местах выхода скалистых пород строительным материалом мог становиться натуральный камень. В первую очередь известняк, так как он легче поддавался обработке.
Но даже при наличии других строительных материалов предпочтение часто отдавалось древесине. Более того, происходит это и в настоящее время даже при условии наличия развитой транспортной сети и грузоперевозок строительных материалов.
Теплопроводность древесины
Строительство домов из дерева ведется как в отношении маленьких дачных домиков, небольших домов для постоянного проживания или загородного отдыха, так и в отношении больших коттеджей. Одним из важнейших факторов является достаточно низкая теплопроводность древесины. Сравним данные на конкретных примерах.
* Данные из СНиП II-А.7-62 Строительная теплотехника и СНиП II-3-79 Строительная теплотехника
| Строительный материал | Плотность, кг/м3 | Теплопроводность, Вт/(м*град) | Теплоемкость, Дж/(кг*град) |
| Бетон на гравии или щебне из камня* | 2400 | 1,51 | 840 |
| Бетон на песке | 1800..2500 | 0,7 | 710 |
| Блок газобетонный | 400. 800 | 0,15. 0,3 | — |
| Блок керамический поризованный | — | 0,2 | — |
| Газо- и пенобетон* | 800 | 0,21 | 840 |
| Известняк (облицовка)* | 1400 — 2000 | 0,49 — 0,93 | 850 — 920 |
| Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией* | 1200 | 0,41 | 840 |
| Керамзитобетон легкий | 500 — 1200 | 0,18 — 0,46 | — |
| Керамзитобетон на керамзитовом песке* | 1800 | 0,66 | 840 |
| Керамика теплая | — | 0,12 | — |
| Кирпич красный плотный | 1700 — 2100 | 0,67 | 840 — 880 |
| Кирпич красный пористый | 1500 | 0,44 | — |
| Кирпич облицовочный | 1800 | 0,93 | 880 |
| Кирпич силикатный | 1000 — 2200 | 0,5 — 1,3 | 750 — 840 |
| Кладка из глиняного обыкновенного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе* | 1800 | 0,56 | 880 |
| Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе* | 1200 — 1600 | 0,35 — 0,47 | 880 |
| Кладка из силикатного кирпича (ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе* | 1800 | 0,7 | 880 |
| Ракушечник | 1000 — 1800 | 0,27 — 0,63 | — |
Теплопроводность и другие свойства древесины разных пород деревьев
| Строительный материал | Плотность, кг/м3 | Теплопроводность, Вт/(м*град) | Теплоемкость, Дж/(кг*град) |
| Берёза | 510..770 | 0,15 | 1250 |
| Дуб вдоль волокон* | 700 | 0,23 | 2300 |
| Дуб поперек волокон (ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)* | 700 | 0,1 | 2300 |
| Кедр | 500 — 570 | 0,095 | — |
| Клён | 620 — 750 | 0,19 | — |
| Липа, (15% влажности) | 320 — 650 | 0,15 | — |
| Лиственница | 670 | 0,13 | — |
| Пихта | 450 — 550 | 0,1 — 0,26 | 2700 |
| Сосна и ель вдоль волокон* | 500 | 0,18 | 2300 |
| Сосна и ель поперек волокон (ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)* | 500 | 0,09 | 2300 |
| Сосна смолистая 15% влажности | 600 — 750 | 0,15 — 0,23 | 2700 |
| Тополь | 350 — 500 | 0,17 | — |
Если сравнить показатели в таблицах, то хорошо видно, что теплопроводность древесины ниже теплопроводности многих стеновых материалов. Лишь некоторые современные материалы приближаются, поэтому показатель с деревом (в таблицу не выведены данные по утеплителям, т.к. это не конструктивный материал, который будет рассмотрен в отдельной статье).
Изменение требований к теплосопротивлению ограждающих конструкций: слева R~1, справа R~2
При сравнении разных видов пород необходимо отметить, что на показатель теплопроводности древесины оказывает влияние её плотность и влажность. Плотность одной и тоже породы дерева может зависеть от места произрастания. По этой причине в таблице местами указаны несколько показателей.
Одной из самых «теплых» пород деревьев является кедр. Его коэффициент теплопроводности составляет 0,095 Вт/(м*С). Дом, построенный из кедра, будет очень хорошим вложением, так как позволит экономить на отоплении.
Ель также является хорошим решением для строительства в плане экономии на отоплении. Схожа с елью пихта, но только при условии, что нет повышенной смолистости. Именно смолистость сосны и её плотность отодвигает её на следующую позицию.
Плотность деревьев, особенно хвойных, очень зависит от места их произрастания, а это сказывается на теплопроводности. Показательным примером является именно сосна.
Так в северных районах России, например, Астраханская область, которая славится мачтовыми соснами с малой сбежестью ствола, годовой прирост у сосны не большой, древесина плотная. В Вологодской области часто предпочитают строить из ели, а не из сосны. В то же время в южной тайге сосна имеет резкий прирост летом с древесиной меньшей плотности. В результате теплопроводность такой сосны ниже, но и сбежесть больше.
В строительстве закрепилась практика применения для расчетов усредненного коэффициента теплопроводности для деревянных домов на основе средних данных по сосне, то есть 0,15 Вт/(м* 0 С). В действительности, если рассматривать сухую древесину, то коэффициент теплопроводности составит 0,11 — 0,13 для ели, пихты, сосны и лиственницы и менее 0,1 Вт/(м* 0 С) для кедра. Эти показатели сопоставимы, например, с газосиликатным блоком автоклавного производства.
Толщина стены из дерева
С учетом коэффициента теплопроводности 0,11 — 0,13 1 Вт/(м* 0 С) и сопротивления теплопередаче для средней полосы европейской части России равной 3 м2* 0 С/Вт. Таким образом, толщина стены должна равняться 0,11*3=0,33 метра или 0,13*3=0,39 метра. С учетом этих показателей и применяется усредненный вариант толщины стены для сосны 37 см. Это норма для энерго- и теплосберегающих условий.
Для нас привычно, что стена в доме ровная, плоская. Учитывая тот факт, что тепло передается благодаря хаотичному движению частиц, но в условиях плоской стены можно говорить о прямолинейной передаче тепла от зоны с высокой температурой в зону с низкой. В условиях со стеной из бруса и лафета для энергоэффективного дома потребуется толщина стены 37 см.
Но в условиях с бревном ситуация будет выглядеть иначе. Закругленная поверхность «создаст» разнонаправленные векторы передачи тепла. В результате чего за толщину стены необходимо принимать диаметр бревна, а не его половину по самому узкому месту. Зону межвенцового паза или, как еще называют, теплового моста можно рассматривать как «мостик холода» аналогично раствору в кирпичной кладке.
Иными словами, в случае строительства дома из бревна, он должен строиться из бревна диаметром 37 см.
Здесь необходимо заметить, что толщина стены это только одно из условий энергоэффективности. Существует еще и понятие допустимых к эксплуатации условий когда, например, рассматривается температура помещений не 24 0 С, а 18 — 20 0 С.
Кроме этого возможна ситуация, когда строительство энергоэффективного дома оказывается нерациональным с учетом стоимости строительство и дальнейшего ремонта, расход на которые может оказаться выше экономии на отоплении. Если же посмотреть СНиП 30-ти летней давности, то выяснится, что достаточной была толщина стены из дерева в 2 — 3 раза тоньше.
Строить дом с большей толщиной стены и меньше тратить на отоплении или построить дом дешевле, но на отоплении тратить больше — это вопрос, на который каждый должен ответить для себя лично. Проектирование дома должно вестись с учетом ответа на этот вопрос.
Источник
Теплопроводность древесины – таблица 5
Как и обещал ранее, выкладываю подробную таблицу по теплопроводности древесины различных пород. Чем хорошо дерево? Тем, что его легко обрабатывать, из него легко строить дом, дерево пока еще можно легко получить в России в виде строительного материала.
Одним из плюсов дерева является то, что оно не меняет показателей теплопроводности при широком диапазоне температур. Показатели для пиломатериалов стабильны от -40С до +40С. Наибольшее же влияние на теплопроводность оказывает влажность дерева.
Рассмотрим Таблицу 5 – теплопроводность древесины различных пород:
Оставим пока в стороне пробку – кору пробкового дуба, поговорим о ней позже.
Из всех пород дерева самым теплым является кедр. Его показатели теплопроводности поперек волокон являются самыми низкими – 0,095 Вт/(м*С). Дом из кедра будет самым теплым – чтобы получить показатель теплосопротивления R = 3, вам понадобится стена из кедра толщиной 30 сантиметров.
Следующим по теплоизолирующим свойствам идет древесина ели — 0,110 Вт/(м*С). Для того, чтобы достичь R = 3, вам понадобится стена потолще – в 33-35 сантиметров.
Далее, с большим отрывом, следуют сосна, липа, пихта и береза. Их показатель теплосопротивления равен 0,150 Вт/(м*С). Для того, чтобы получить дом с теплосопротивлением R = 3, вам понадобятся сосновые или липовые стены толщиной в 45 сантиметров.
И наконец, самые «холодные» деревья – это тополь, дуб и клен. При их теплосопротивлении в 0,170-0,200 Вт/(м*С) вам понадобится строить дом со стенами в 50-60 сантиметров. Давно ли вы видели в продаже кругляк с минимальным диаметром стволов в полметра?
Стандартные деревянные дома собирают из бруса в 100-150 миллиметров, изготовленного из древесины хвойных пород. Это значит, что и брусовые и рубленые стены нуждаются в утеплении в тех регионах, где столбик термометра опускается ниже -20С в зимний период.
Что касается показателей теплосопротивления для древесины вдоль волокон. Почти для всех пиломатериалов он равен 0,4 Вт/(м*С). Что это значит? Это значит, что древесина вдоль волокон промерзает в зимний период почти в 4 раза сильнее, чем поперек. Видели промерзшие углы в деревянных домах?
А еще это значит, что любые торцы брусьев или стропил будут промерзать вдоль волокон и нести холод в дом. То есть, торцы пиломатериалов должны быть укрыты от внешней температуры. Либо они должны быть утеплены в том случае, если далее брус или балка проходит сквозь ограждающие конструкции и попадает внутрь дома.
Что же касается пробки, то ее нельзя будет использовать как строительный материал для ограждающих конструкций в силу малой прочности. Однако, ее можно использовать как превосходный экологически чистый утеплитель для деревянного дома.
Источник