От чего зависит теплопроводность древесины кратко

Обновлено: 04.07.2024

Теплопроводность древесины невелика и зависит от влажности, плотности и направления волокон; с увеличением первых двух параметров теплопроводность возрастает. Вдоль волокон теплопроводность примерно в 3 раза выше, чем поперек волокон. [1]

Теплопроводность древесины зависит от объемного веса и влажности древесины и неодинакова в разных направлениях, так, например, коэфициент теплопроводности при 2 - - С. [2]

Теплопроводность древесины невелика и зависит от влажности, плотности и направления волокон, с увеличением первых двух факторов теплопроводность возрастает. Вдоль волокон теплопроводность примерно в три раза выше, чем поперек волокон. [3]

Теплопроводность древесины невелика, она зависит от характера пористости, влажности, направления волокон, породы и объемной массы дерева, а также от температуры. Коэффициент теплопроводности древесины вдоль волокон примерно в 1 8 раза больше, чем поперек волокон. В среднем он составляет 0 16 - 0 30 Вт / м - С. С увеличением объемной массы и влажности уменьшается количество воздуха, находящегося в пустотах, в связи с чем теплопроводность древесины увеличивается. [4]

Теплопроводность древесины возрастает с увеличением плотности я влажности. [6]

Теплопроводность древесины возрастает с увеличением плотности и влажности. [7]

Теплопроводность древесины зависит от объемного веса и влажности древесины и неодинакова в разных направлениях, так, например, коэффициент теплопроводности при 20 С вдоль волокон равен для сосны и пихты 0 0003, для дуба 0 00058, а поперек волокон для сосны и пихты 0 0001 кал / см X сек С. [8]

Теплопроводность древесины приведена для направлений, перпендикулярных волокнам; вдоль волокон она больше в два - три раза. [10]

Теплопроводность древесины невелика и зависит от объемного веса, влажности и направления теплового потока по отношению к волокнам. Она находится в прямой зависимости от объемного веса. [11]

Теплопроводность древесины вследствие ее высокой пористости в целом невелика, при этом вдоль волокон теплопроводность значительно больше, чем поперек. [13]

Теплопроводность древесины невелика и зависит от влажности, объемного веса и направления волокон; с увеличением первых двух факторов теплопроводность возрастает. [14]

Теплопроводность древесины зависит от ее пористости, влажности и направления потока теплоты. Теплозащитные свойства древесины широко используются в строительстве. [15]

Теплопроводность — это перенос тепловой энергии частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения.

В обычной жизни теплопроводностью называют количественную оценку способности каждого вещества переносить через свою толщу тепловой поток, который возникает из-за разницы температур на противоположных поверхностях материала.

Теплоизоляционные качества древесины известны давно.Издревле человек использовал древесину для изготовления утвари, посуды, стульев, скамеек, кроватей, постройки домов, а уж о баньках и говорить не приходится.

У сухой древесины теплопроводность очень невелика. Это объясняется её пористым строением. Все межклеточные и внутриклеточные пространства в сухой древесине заполнены воздухом. Даже если положить руку на дерево, то создаётся ощущение тепла, а всё потому,что дерево очень медленно отбирает тепло с Вашей ладони.

Сейчас широко распространено половое покрытие в виде т.н. ламината. Но насколько-же ламинат холоднее натуральных деревянных полов.

Теплопроводность древесины зависит от плотности (чем выше плотность, тем выше теплопроводность), от влажности образца и от направления волокон.

Чем выше влажность дерева, тем выше теплопроводность, ведь коэффициент теплопроводности воды в 25 раз больше коэффициента теплопроводности воздуха.

Вдоль волокон теплопроводность выше, чем поперёк приблизительно в 2 раза у всех пород. А в тангенциальном направлении этот показатель выше, чем в радиальном у пород с плотной древесиной, таких, как бук, дуб, граб, лиственница и других. У остальных хвойных пород и у лиственных пород с мягкой и рыхлой древесиной этот коэффициент приблизительно одинаков.

У хвойных пород теплоизоляционные свойства выше, чем у лиственных. Возможно и поэтому деревянные срубы домов делались и делаются в основном из сосны, лиственницы. А в Карпатах при огромном количестве бука предпочтение отдавалось смереке (об этом дереве поговорим в отдельной большой статье). И, наверное, не только потому, что смерека легче и более устойчива к гниению и различным грибкам, но и потому,что она обладает лучшими теплоизоляционными качествами, чем бук.

Да, в настоящее время изобретено множество материалов, обладающих меньшей теплопроводностью, чем древесина.Это, в основном, различные вспененные массы, такие как:

пенополиуретан с коэффициентом теплопроводности 0,02 вт/м.куб К
каучук вспененный 0,03
стекловолокно 0,036
пенопласт 0,036
поролон 0,04
вата минеральная 0,045

и многие другие. Но мы сейчас говорим о дереве.

У древесины различных пород коэффициент теплопроводности колеблется в пределах 0,15 — 0,20 вт/м.куб К. Но он в 3 раза ниже, чем у пустотелого кирпича, в 4 раза — чем у кирпича шлакового и щлакобетона, в 5-6 раз — чем у кирпича силикатного, в 7-8 раз — чем у стекла, в 8 -9 раз — чем у бетона, в 10 — 11 раз — чем у железа.

И пускай строители называют окна энергетическими дырами, основная потеря тепла в домах идёт уж точно не за счёт деревянных оконных рам.

А вот обладают — ли вышеперечисленные изоляционные материалы другими свойствами древесины, такими как

прочность;
упругость;
гибкость;
износостойкость;
обрабатываемость.

и это не по отдельности , а всеми вместе взятыми и ещё многими другими.

Да в конце концов как бы не старались производители пластмасс, ламината и т.д. , но могут — ли их изделия передать ту красоту, внутреннее благородство и теплоту, какими обладает натуральная древесина?!

Справочник строительных материалов, а также изделий и оборудования для строительства и ремонта квартиры

Свойства строительных материалов

Свойства строительных материалов определяют области их применения. Только при правильной оценке качества материалов, т. е. их важнейших свойств, могут быть получены прочные и долговечные строительные конструкции зданий и сооружений высокой технико-экономической эффективности.

Все свойства строительных материалов по совокупности признаков подразделяют на физические, химические, механические и технологические.

– К физическим свойствам относятся весовые характеристики материала, его плотность, проницаемость для жидкостей, газов, тепла, радиоактивных излучений, а также способность материала сопротивляться агрессивному действию внешней эксплуатационной среды. Последнее характеризует стойкость материала, обусловливающую в конечном итоге сохранность строительных конструкций.

– Химические свойства оцениваются показателями стойкости материала при действии кислот, щелочей, растворов солей, вызывающих обменные реакции в материале и разрушение его.

– Механические свойства характеризуются способностью материала сопротивляться сжатию, растяжению, удару, вдавливанию в него постороннего тела и другим видам воздействий на материал с приложением силы.

– Технологические свойства — способность материала подвергаться обработке при изготовлении из него изделий.

Кроме этого, свойства строительного материала определяются его структурой. Для получения материала заданных свойств следует создать его внутреннюю структуру, обеспечивающую необходимые технические характеристики. В конечном итоге знание свойств материалов необходимо для наиболее эффективного его использования в конкретных условиях эксплуатации.

Структуру строительного материала изучают на трех уровнях: макроструктура – строение материала, видимое невооруженным глазом; микроструктура – строение, видимое через микроскоп; внутреннее строение вещества, изучаемое на молекулярно-ионном уровне (физико-химические методы исследования – электронная микроскопия, термография, рентгеноструктурный анализ и др.).

Макроструктуру твердых строительных материалов (исключая горные породы, имеющие свою геологическую классификацию) делят на следующие группы: конгломератная, ячеистая, мелкопористая, волокнистая, слоистая и рыхлозернистая (порошкообразная). Искусственные конгломераты представляют собой большую группу; это различного вида бетоны, керамические и другие материалы. Ячеистая структура материала отличается наличием макропор; она свойственна газо– и пенобетонам, газосиликатам и др. Мелкопористая структура характерна, например, для керамических материалов, получаемых в результате выгорания введенных органических веществ. Волокнистая структура присуща древесине, изделиям из минеральной ваты и др. Слоистая структура характерна для листовых, плитных и рулонных материалов. Рыхлозернистые материалы — это заполнители для бетонов, растворов, различного вида засыпка для теплозвукоизоляции и др.

Микроструктура строительных материалов подразделяется на кристаллическую и аморфную. Эти формы нередко являются лишь различными состояниями одного и того же вещества, например кварц и различные формы кремнезема. Кристаллическая форма всегда устойчива. Чтобы вызвать химическое взаимодействие между кварцевым песком и известью в производстве силикатного кирпича применяют автоклавную обработку сырца насыщенным водяным паром с температурой 175 °C и давлением 0,8 МПа, в то же время при температуре 15–25 °C трепел (аморфная форма диоксида кремния) с известью при затворении водой образует гидросиликат кальция. Аморфная форма вещества может перейти в более устойчивую кристаллическую. Для каменных материалов практическое значение имеет явление полиморфизма, когда одно и то же вещество способно существовать в различных кристаллических формах, называемых модификациями. Полиморфные превращения кварца сопровождаются изменением объема. Для кристаллического вещества характерны определенная температура плавления и геометрическая форма кристаллов каждой модификации.

Свойства монокристаллов в разных направлениях неодинаковы. Теплопроводность, прочность, электропроводность, скорость растворения и явления анизотропии являются следствием особенностей внутреннего строения кристаллов. В строительстве применяют поликристаллические каменные материалы, в которых разные кристаллы ориентированы хаотично. Эти материалы по своим свойствам относятся к изотропным, исключение составляют слоистые каменные материалы (гнейсы, сланцы и др.). Внутренняя структура материала определяет его механическую прочность, твердость, теплопроводность и другие важные свойства.

Кристаллические вещества, входящие в состав строительного материала, различают по характеру связи между частицами, образующими кристаллическую решетку. Она может быть образована: нейтральными атомами (как в алмазе); ионами (разноименно заряженными, как в кальците СаС0₃, или одноименными, как в металлах); целыми молекулами (кристаллы льда). Ковалентная связь, обычно осуществляемая электронной парой, образуется в кристаллах простых веществ (алмазе, графите) или в кристаллах, состоящих из двух элементов (кварце, карборунде). Такие материалы отличаются высокой прочностью и твердостью, они весьма тугоплавки. Ионные связи образуются в кристаллах материалов, где связь имеет в основном ионный характер, например гипс, ангидрид. Они имеют невысокую прочность, не водостойки.

В относительно сложных кристаллах (кальците, полевых шпатах) имеют место и ковалентная и ионная связи. Например, в кальците внутри сложного иона связь ковалентная, но с ионами – ионная. Кальцит СаС0₃ обладает высокой прочностью, но малой твердостью, полевые шпаты имеют высокие прочность и твердость.

Молекулярные связи образуются в кристаллах тех веществ, в молекулах которых связи являются ковалентными. Кристалл этих веществ построен из целых молекул, которые удерживаются друг около друга относительно слабыми ван-дер-ваальсовыми силами межмолекулярного притяжения (кристаллы льда), имеющими низкую температуру плавления.

Силикаты имеют сложную структуру. Волокнистые минералы (асбест) состоят из параллельных силикатных цепей, связанных между собой положительными ионами, расположенными между цепями. Ионные силы слабее ковалентных связей внутри каждой цепи, поэтому механические силы, недостаточные для разрыва цепей, расчленяют такой материал на волокна. Пластинчатые минералы (слюда, каолинит) состоят из силикатных групп, связанных в плоские сетки. Сложные силикатные структуры построены из тетраэдров, связанных между собой общими вершинами (атомами кислорода) и образующих объемную решетку, поэтому их рассматривают как неорганические полимеры.

Важными свойствами строительных материалов являются также химический, минеральный и фазовый состав. Химический состав неорганических вяжущих материалов (извести, цемента и др.) и естественных каменных материалов удобно выражать содержанием в них оксидов (в %). Основные и кислотные оксиды химически связаны и образуют минералы, которые характеризуют многие свойства материала. Минеральный состав показывает, каких минералов и в каком количестве содержится в данном материале, например, в портландцементе содержание трехкальциевого силиката составляет 45–60 %, причем при большем содержании этого минерала ускоряется процесс твердения и повышается прочность. Фазовый состав и фазовые переходы воды, находящейся в его порах, оказывают большое влияние на свойства материала. В материале выделяют твердые вещества, образующие стенки пор, т. е. каркас и поры, наполненные воздухом или водой. Изменение содержания воды и ее состояния меняет свойства материала.

Важно знать

Наиболее удобным материалом для строительства дома или коттеджа является древесина, так как её теплопроводность остается постоянной в широком интервале температур от -40 до +40 градусов. Но существуют и другие факторы, влияющие на проводимость тепла материалов, в том числе древесины. Например, влажность, от которой зависит в большей степени теплопроводность дерева.

Сосна — часто применяемая в строительстве древесина

Что такое показатель теплопроводности

В каждом доме наружная и внутренняя поверхности имеют разную температуру. От более теплого места к холодному поступает поток тепла и в различных материалах тепло передается с разной скоростью. Это зависит от особого свойства материалов, которое называется показателем теплопроводности.

Свойство материалов проводить теплоту от более горячего места к холодному путем беспорядочного движения атомов и молекул называется теплопроводностью. Тепло передается путем хаотичного столкновения данных частиц между собой.

При рассмотрении вопроса строительства зданий передача тепла, его потеря при условии ровных стен теплопроводностью считают не беспорядочный поток, а направленный. В этом случае берется в учет температура снаружи и внутри здания, а не на поверхности стены. Отсюда и рассчитывается теплопроводность дерева.

Теплопроводность древесины

Из древесины удобно строить дома, дачи и другие объекты разных размеров. Самым главным фактором является малая теплопроводность этого материала. Тепло лучше всего сохраняется в доме, построенном из кедра. После него идет ель, затем лиственница. Сосна больше всего проводит тепла, как и дуб.

Различие в структуре волокон древесины кедра, соны, ели в разрезе

Теплоизоляционные свойства древесины человеку известны издавна. В древнем мире люди применяли дерево для изготовления различных построек, кроватей, стульев и даже посуды. Сухая древесины почти не проводит тепло, так как внутренняя структура имеет много воздушных пор. Если прислонить руку к деревянной поверхности, то ощущается тепло. Это происходит по причине медленной отдачи энергии с тела человека.

Сегодня стало популярным покрытие полов в квартирах ламинатом. Но этот материал намного холоднее натурального дерева. Проводимость тепла древесиной во многом зависит от ее плотности. Чем она больше, тем лучше проводится тепло. Кроме того, важное значение имеют направление волокон древесины и влажность. С повышением содержания воды в дереве резко возрастает его теплопроводность.

Древесина как строительный материал

Древесина во все времена применялась в качестве строительного материала. Она уступает по массовости только камню. Химические свойства дерева довольно сложны, но люди с успехом использовали уникальные свойства этого материала для строительства.

Дерево широко применяется для постройки домов, лодок, домашней мебели. Большим достоинством древесины является то, что она является природным материалом. Это делает его экономически выгодным и доступным. Древесина обладает достаточной прочностью, обеспечивает необходимую теплоизоляцию.

Дерево легко поддается обработке, ее можно придать разные размеры и формы, чтобы создать любую конструкцию. Древесина относится к биологически разлагаемым, экологически устойчивым продуктам. У нее наиболее низкий след углерода, по сравнению с другими строительными материалами.

Для добычи древесины не нужны высокоэнергетические виды топлива, по сравнению с пластиком, железом или кирпичом. С течением времени дерево в природе постепенно возобновляется. При строительстве объектов древесина в сочетании с другими материалами обеспечивает длительный срок службы, огнестойкость, изоляцию от влаги, шума и холода.

Расположение волокон

Величина теплопроводности различается в зависимости от того, как расположены волокна. Каждый вид дерева имеет свой коэффициент теплопроводности вдоль волокон. Чаще всего он составляет величину 0.4. В сильные морозы древесина промерзает вдоль волокон намного сильнее, чем поперек. Это можно увидеть в промерзших углах деревянных домов.

Показатель теплопроводности древесины различается в зависимости от распила

Интересной особенностью обладает пробковое дерево. Оно имеет наименьший коэффициент проводимости тепла, по сравнению с другими породами деревьев. Но применять его для постройки домов и других сооружений нецелесообразно, так как пробка не обладает достаточной прочностью. Но для утепления помещений она подходит как нельзя лучше.

Ниже приведена таблица теплопроводности древесины в зависимости от влажности и расположения волокон.

При повышении влажности и плотности деревянного изделия увеличивается проведение тепла как поперек, так и вдоль волокон. В следующей таблице указаны величины теплопроводности дерева поперек волокон при разной влажности, отрицательных и положительных температурах.

Теплопроводность и другие свойства древесины разных пород деревьев

Если проанализировать данные из таблицы, то можно понять, что показатель проводимости тепла древесины меньше аналогичной характеристики других стеновых материалов. Только некоторые инновационные материалы могут соперничать с деревом.

Строительный материал	Плотность, кг/м3	Теплопроводность, Вт/(м * град)	Теплоемкость, Дж/(кг * град)
Береза	510 — 770	0.15	1250
Тополь	350 — 500	0.17	—
Сосна и ель поперек волокон	500	0.09	2300
Сосна смолистая 15 % влажности	600 — 750	0.15 — 0,23	2700
Липа, (15 % влажн.)	320 — 650	0.15	—
Дуб вдоль волокон	700	0.23	2300
Дуб поперек волокон	700	0.1	2300
Сосна и ель вдоль волокон	500	0.18	2300
Пихта	450 — 550	0.1 – 0.26	2700
Кедр	500 — 570	0.095	—
Клен	620 — 750	0.19	—
Лиственница	670	0.13	—

Большое влияние на проведение тепла оказывают влажность и плотность древесины. Кроме того, одна и та же порода может проявлять себя по-разному, в зависимости от региона произрастания. Поэтому в таблице можно увидеть несколько параметров для одного вида дерева.

Ель и пихта тоже будут неплохим выбором для постройки теплого дома. Однако, пихта не должна содержать много смолы, которая намного снижает сохранение тепла.

Плотность хвойных пород деревьев во многом зависит от региона произрастания, что влияет на теплопроводность древесины. Например, славится астраханская сосна, из которой делают мачты. В Вологодской области строители чаще выбирают не сосну, а ель.

При строительстве часто в расчет берут среднее значение теплопроводности по древесине сосны – 0.15 Вт на м*С. На самом деле, если взять сухое дерево, то для ели, сосны и пихты коэффициент теплопроводности равен 0.13, а для кедра не более 0.1. Примерно такие же характеристики имеют газосиликатные блоки, которые изготавливаются в автоклавах.

Толщина стены из дерева

Если взять в расчет коэффициент теплопроводности 0.13 для средней полосы России, то стены домов необходимо делать толщиной 0.11 х 3 = 0.33 метра. Отсюда и берется среднее значение толщины стены из сосновой древесины. Это норматив для условий сбережения тепла и энергетических запасов.

Все привыкли в доме видеть стены плоскими и ровными. Из физики известно, что тепло передается через беспорядочное движение частиц. Но, когда стена ровная, то теплота передается прямолинейно и направленно от места с большим нагревом к меньшему.

Но, кроме толщины стены, большую роль играет температура в помещении. Также может получиться, что постройка теплого дома получится экономически невыгодным. Ведь расходы на его последующий ремонт могут оказаться слишком велики и не покроют стоимость отопления.

Особенности конструкций из древесины

Чаще всего для строительства теплого дома, коттеджа или дачи применяют брус со стандартным сечением 150х150 мм. Он выполнен из хвойных пород деревьев, которые обладают правильным отношением стоимости и теплопроводности.

Стена должна иметь толщину 450 мм, чтобы сохранить нужное количество тепла, а брус имеет размер всего 150 мм.

Вопрос в том, что при строительстве, кроме древесины применяются и другие новые материалы. Ведь чисто деревянный дом получится очень дорогим. Наиболее выгодно будет сделать тонкие деревянные стены, а потом утеплить их синтетическими материалами.

Особенно это подойдет для северных регионов России, где морозы могут достигать -50 градусов. Кроме отличного сохранения тепла, дерево имеет и другие важные свойства, которые отсутствуют у кирпича, камня или бетона. Например, упругость, износостойкость, удобство обработки.

Читайте также: