Metnn.ru

Строй портал
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Удельная теплоемкость кирпича

Удельная теплоемкость кирпича

Кирпич — это строительный материал, который довольно часто используется в строительстве. Перед тем как начать строительство, необходимо обратить внимание на такой показатель, как теплоёмкость. Этот показатель оказывает огромное влияние на тепловую изоляцию помещения. А это значит, что он оказывает огромное влияние на уровень комфорта, при нахождении в помещении. Помимо этого, необходимо особое внимание уделить теплопроводности, так как именно этот показатель указывает на способность к сохранению тепла в помещении.

Важно! Кирпич бывает нескольких видов, такие показатели как теплопроводность и теплоёмкость отличаются в зависимости от вида материала.

Какая удельная теплоёмкость

Теплоёмкость — это то количество тепла, которое необходимо для нагревания одного килограмма кирпича на один градус по Цельсию. Уровень теплоёмкости может изменяться, в зависимости от индивидуальных характеристик материала.

Керамический

Данный вид строительного материала изготавливается из глины, в которую добавляются специальные вещества. После замешивания раствора и придания необходимой формы, материал подвергается термической обработке в печах. Плотность варьируется от 1300 до 1500 кг/м 3 . Теплоёмкость колеблется от 0.7 до 0.9 кДж.

Керамические изделия имеют ряд преимуществ, которые объясняют высокие показатели спроса на данный строительный материал:

  • Гладкая поверхность — обеспечивается удобство в укладке и повышается эстетичность.
  • Повышенный уровень влагостойкости и морозостойкости — отсутствует необходимость в проведении дополнительных обработок.
  • Повышенный уровень устойчивости к высоким температурам — можно использовать, при изготовлении мангалов и печей.

Силикатный

Показатели теплоёмкости варьируются от 0.75 до 0.85 кДж, плотность — достигает 2200 м 3 . Широко используется в строительной сфере, благодаря ряду следующих преимуществ:

  • низкая стоимость материала;
  • доступность;
  • высокие показатели прочности;
  • повышенные свойства к звукоизоляции помещений.

Важно! Продукт используется во время проведения строительных работ, при возведении перегородок и в качестве слоя между кладками. Поскольку, он выступает в роли звукоизоляционного материала.

Огнеупорные

Отличаются повышенной массой, поскольку, уровень прочности достигает 2700 кг/м 3 . В зависимости от вида огнеупорных изделий, различается показатели теплоёмкости. Минимальные показатели отмечаются у карборундовых материалов (0,779 кДж).

Обратите внимание! При укладке печи карборундовым кирпичём, её скорость нагрева будет намного выше, чем при шамотной кладке. Но скорость охлаждения значительно быстрее.

Огнеупорный кирпич используется для обустройства печи, максимальный уровень её нагрева может достигать 1500 градусов. На теплоёмкость, в первую очередь будет оказывать влияние именно температура нагрева. Чем она будет выше, тем более высокие показатели теплоёмкости будет показывать материал. К примеру, при обычных условиях шамотный кирпич будет иметь теплоёмкость равную примерно 0,83 кДж. Но после его нагревания до 1400 градусов, также и возрастает этот показатель, и она уже будет равняться около 1,25кДж.

Какая теплопроводность кирпича?

Материалы обладают таким свойством, как проведения тепла из более холодного помещения в тёплое. За данную особенность материалов отвечает такой показатель, как коэффициент теплопроводности. Если в случае с теплоёмкостью, чем она больше, тем лучше. Здесь, всё наоборот, чем меньше коэффициент теплоёмкости, тем материал лучше сохраняет тепло. На теплопроводность, в первую очередь оказывает непосредственное влияние конфигурация и плотность кирпича. Материала с высокими показателями плотности, соответственно имеют высокий уровень теплопроводности.

В зависимости от состава, кирпичи разделяются на:

  • керамический;
  • силикатный;
  • огнеупорный.

Важно! В зависимости от вида кирпича, его показатели теплопроводности могут значительно отличаться друг от друга.

Керамический

Теплопроводность материала напрямую зависит от прочности и плотности изделий. Так, чем выше данные характеристики, тем меньшей способностью, они будут обладать к сохранению тепла в помещении. Керамические изделия могут быть:

  • Полнотелый — теплопроводность 0,85 Вт*мС.
  • Пустотелые — теплопроводность 0,55 Вт*мС.
Читайте так же:
Как самому сделать кирпич или шлакоблок

Очевидно, что теплопроводность не относится к сильным сторонам керамического кирпича.

Силикатный

Отличается от предыдущего вида составом, теплопроводностью и цветом. Изготавливается из очищенного песта. Обладает более увеличенными показателями теплопроводности, которая варьируется от 0,4 до 1,3 Вт*мС.

Огнеупорный

Изготовлен специально для использования в агрессивной среде, в помещениях, которые находятся под воздействием высоких температур. В огнеупорных кирпичах уровень теплопроводности может увеличиваться, из-за воздействия высоких температур. В данном случае показатель теплопроводности может достигать 7,5 Вт*мС.

Удельная теплоемкость кирпича

Подбирая подходящий материал для проведения того или иного вида строительных работ, особое внимание следует обращать на его технические характеристики. Это касается и удельной теплоемкости кирпича, от которой во многом зависит потребность дома в последующей термоизоляции и дополнительной отделке стен.

Характеристики кирпича, которые влияют на его применение:

  • Удельная теплоемкость. Величина, определяющая количество тепловой энергии, необходимой для нагревания 1 кг на 1 градус.
  • Теплопроводность. Очень важная характеристика для кирпичных изделий, позволяющая определить количество передаваемого тепла со стороны комнаты на улицу.
  • На уровень теплопередачи кирпичной стены прямым образом влияют характеристики использованного для ее возведения материала. В тех случаях, когда речь идет о многослойной кладке, потребуется учитывать коэффициент теплопроводности каждого слоя в отдельности.

Керамический

Исходя из технологии производства, кирпич классифицируется на керамическую и силикатную группы. При этом оба вида имеют значительные отличия по плотности материала, удельной теплоемкости и коэффициенту теплопроводности. Сырьем для изготовления керамического кирпича, еще его называют красным, выступает глина, в которую добавляют ряд компонентов. Сформированные сырые заготовки подвергаются обжигу в специальных печах. Показатель удельной теплоемкости может колебаться в пределах 0,7-0,9 кДж/(кг·K). Что касается средней плотности, то она обычно находится на уровне 1400 кг/м3.

Среди сильных сторон керамического кирпича можно выделить:

1. Гладкость поверхность. Это повышает его внешнюю эстетичность и удобство укладки.
2. Стойкость к морозу и влаге. В обычных условиях стены не нуждаются в дополнительной влаго- и термоизоляции.
3. Способность переносить высокие температуры. Это позволяет использовать керамический кирпич для возведения печей, мангалов, жаропрочных перегородок.
4. Плотность 700-2100 кг/м3. На эту характеристику непосредственно влияет наличие внутренних пор. По мере увеличения пористости материала уменьшается его плотность, и возрастают теплоизоляционные характеристики.

Силикатный

Что касается силикатного кирпича, то он бывает полнотелым, пустотелым и поризованным. Исходя из размеров, различают одинарные, полуторные и двойные кирпичи. В среднем силикатный кирпич обладает плотностью 1600 кг/м3. Особенно ценятся шумопоглощающие характеристики силикатной кладки: даже если речь идет о стене небольшой толщины, уровень ее звукоизоляции будет на порядок выше, чем в случае применения других типов кладочного материала.

Облицовочный

Отдельно стоит сказать об облицовочном кирпиче, который с одинаковым успехом противостоит и воде, и повышению температуры. Показатель удельной теплоемкости этого материала находится на уровне 0,88 кДж/(кг·K), при плотности до 2700 кг/м3. В продаже облицовочные кирпичи представлены в большом многообразии оттенков. Они подходят как для облицовки, так и для укладки.

Читайте так же:
Чем расколоть кирпич вдоль

Огнеупорный

Представлен динасовыми, карборундовыми, магнезитовыми и шамотными кирпичами. Масса одного кирпича довольно большая, по причине значительной плотности (2700 кг/м3). Самый низкий показатель теплоемкости при нагревании у карборундового кирпича 0,779 кДж/(кг·K) для температуры +1000 градусов. Скорость нагревания печи, уложенной из этого кирпича, значительно превышает нагрев шамотной кладки, однако охлаждение наступает быстрее.

Из огнеупорного кирпича обустраиваются печи, предусматривающие нагревание до +1500 градусов. На удельную теплоемкость данного материала большое влияние оказывает температура нагрева. К примеру, тот же шамотный кирпич при +100 градусах обладает теплоемкостью 0,83 кДж/(кг·K). Однако, если его нагреть до +1500 градусов, это спровоцирует рост теплоемкости до 1,25 кДж/(кг·K).

Зависимость от температуры использования

На технические показатели кирпича большое влияние оказывает температурный режим:

Как производится расчет футеровки печи?

Как правильно рассчитать толщину и прочность футеровки печи? И как выполнить ее тепловой расчет? Какие данные следует использовать?

Расчет футеровки любой печи базируется на общих положениях теории теплопроводности в разных условиях эксплуатации. Это зависит от теплопроводности материалов а так же допустимых температур на стыке слоев и рассчитывается толщина футеровки. А при ремонте печей обязательно нужно учитывать все результаты проведённых расчетов футеровки печи.

Следующий момент неизвестно какая печь должна быть исследована и на какую печь следует проводить расчет футеровки.

Из всех расчётов, теплотехнический расчет будет основным для огнеупорных кладок любых типов печей.

Прежде чем проводить расчеты Вам следует внимательно ознакомится с документом: ВСН 429-81. «Инструкция по проектированию футеровок промышленных печей из огнеупорных волокнистых материалов».

И только после этого можно приступать к расчетам. В третьем пункте этого документа изложены: «Основные положения расчета элементов футеровок».

Температуры в сечениях элементов футеровок следует рассчитывать как для многослойной плоской стенки. Удельный тепловой поток через футеровку следует определять по формуле:

где g — удельный тепловой поток, Вт/м2;

температура внутренней (горячей) поверхности футеровки, К;

температура наружного воздуха, К;

S Ri — термическое сопротивление теплопередаче многослойной стенки, (м2×К)/Вт;

  • коэффициент теплоотдачи на наружной поверхности футеровки, Вт/(м2×К);

К — количество слоев футеровки.

3.3. Термическое сопротивление слоя футеровки определяют по формуле:

где — толщина слоя, М;

  • теплопроводность (табл. 1) при средней температуре слоя, Вт/(м×К).

3.4. Значение коэффициента для тепловых агрегатов, расположенных в помещениях или на открытом воздухе, но защищенных от ветра, следует определять по формуле:

= 8,14 + 0,06×(tСТ — 273),

где tСТ — температура наружной поверхности ограждения, К.

Для тепловых агрегатов, расположенных на открытом воздухе и не защищенных от воздействия ветра, значение коэффициента следует определять по формуле:

где V — среднегодовая скорость ветра, м/с, определяется по СНиП II-А-6-72.

3.5. Температуру (K+I)-го слоя футеровки следует определять по формуле:

и последняя после запятой:

Топка печи, её внутренние стенки, могут подвергаться разрушению, из-за предельно высоких температур внутри топки.

Что бы этого не происходило используется та самая футеровка (обкладывают внутренние стены шамотным кирпичом, или огнеупорными растворами, если проще).

Читайте так же:
Пачка кирпича то наш

Расчёты сложны, с применением множества формул, графиков, уровненный, футеровка может быть однослойной, может состоять из нескольких слоёв.

Но в начале определитесь с материалом, что это будет, шамонтный кирпич,

Далее определяемся с толщиной футеровки, тут важно знать (рассчитать) потери тепла через футеровку с учётом температуры наружных стенок печи и температуры окружающей среды плюс толщина кладки стенок печи.

Потери тепла определяются по специальным графикам, а общее термическое сопротивление слоя футеровки, можно найти вот по этому уравнению.

Зная сумму, можно определиться с термическим сопротивлением слоя футеровки, вот по этой формуле.

Далее вот по этой формуле рассчитывается толщина слоя футеровки.

Футеровка печи — это защитная облицовка, которая предохраняет стены и своды промышленных печей от воздействия высоких температур.

Тепловой расчет футеровки печи производится для того, чтобы определить, выдержит ли данный материал возможные тепловые нагрузки. Основные расчеты базируются на теплопроводности материалов футеровки в условиях эксплуатации.

Норматив для температуры стенок печей подобного типа — 60-80 градусов по цельсию.

Обычно футеровка состоит из таких материалов:

Как видим на рисунке, стена печи, покрытая металлом (обечайкой) при правильных расчетах, как раз имеет температуру 60 градусов Цельсия.

Как рассчитать данную температуру? Для этого используются специальные уравнения теплопроводности для каждого слоя футеровки. Примеры расчета:

Q = λ · (t1 — t2)/δ, где λ — коэффициент теплопроводности при средней температуре слоя огнеупора, Вт/(м·°К), t1 , t2 — температура поверхности с одной и другой стороны слоя, °С, δ — толщина слоя материала, м. И для всей футеровки в целом:

Q = (T1 — T2)/( δi /λi), где T1 — температура внутренней стенки огнеупорного материала в печи, может быть приравнена температуре внутри печи, в данном случае 1300°С, T2 — температура наружной поверхности обечайки (стенки) печи, в данном случае нам пока неизвестна, °С, i — номер слоя футеровки в печи, в нашем случае мы имеем 8 слоев. К этим 9 уравнениям следует добавить еще одно — уравнение теплоотдачи:

Q = α·(T2 — T0), где T0 — температура окружающей среды, в нашем случае 10°С, α — коэффициент теплоотдачи, который для закрытых помещений рассчитывается по уравнению:

α = 9,74 +0,07·(T2 — T0). Таким образом, мы имеем уравнения, позволяющие рассчитать тепловой поток (тепловые потери) и все температуры внутри слоя теплоизоляции и температуру наружной стенки печи.

Непосредственно сам расчет по этим формулам можно произвести в таблице exel.

Таким образом, мы рассчитаем необходимую толщину материала для каждого слоя футеровки.

Теплоаккумуляция и теплоотдача печей

Стенки топливника и дымовых каналов, получив теплоту от сожженного топлива, накапливают и передают ее через толщу своего массива наружным поверхностям печи. Чем тоньше стенки, тем скорее через них передается теплота. Толстостенными называют печи с наружными стенками толщиной 120 мм и более; тонкостенными — печи со стенками топливника толщиной до 120 мм и прочими стенками толщиной до 70 мм.

Наружные поверхности кирпичных тонкостенных печей (в 1/4 кирпича — каркасные или в футляре) начинают прогреваться уже через 20. 30 мин после растопки печи, а толстостенных печей (толщина стенок от 1/2 кирпича и более) только через 1. 1,5 ч. Продолжительность теплоотдачи небольших тонкостенных кирпичных печей не превышает 10. 12 ч, в то время как теплоотдача больших массивных печей может продолжаться 24 ч и более.

Читайте так же:
Чем разрезать клинкерный кирпич

Средняя температура внутренней облучаемой поверхности топливника составляет 450. 600 °С. Внутренние стенки дымовых каналов нагреваются до 230. 350 °С. Средняя суточная температура наружной теплоотдающей поверхности толстостенных оштукатуренных печей равна 55. 60 °С, при максимальной температуре этой поверхности в отдельных точках до 90 °С. Средняя суточная температура наружной поверхности тонкостенных печей при двухразовой их топке в сутки составляет 60. 70 °С, а максимальная (на короткий промежуток времени) может достигать 120 °С. Наибольшая температура на поверхности толстостенных печей обычно бывает через 2,5. 3 ч после ее растопки, у тонкостенных печей — через 1,5. 2 ч. Затем температура наружных поверхностей постепенно снижается.

Таким образом, теплоотдача печи в период между двумя топками происходит за счет теплоты, аккумулированной печным массивом во время топки печи. Это количество теплоты тем больше, чем больше массив печи и выше температура, до которой он был разогрет. Свойство печи поглощать и накапливать теплоту во время топки и постепенно отдавать ее помещению в последующие часы называют аккумулирующей способностью печи.
Количество теплоты, аккумулированной печью за время топки, определяют по формуле

где Qakk — количество теплоты, аккумулированной печью, Дж; V — объем прогреваемой кладки печи, м3; σ— плотность кладки печи (масса 1 м3 в кг), кг/м3; с — удельная теплоемкость материала, из которого выполнена печь, т. е. количество теплоты, которое необходимо затратить, чтобы 1 кг материала нагреть на один градус; Δt — разность между средней температурой массы и сива печи перед топкой и его средней температурой после топки, град.

Теплоотдающей поверхностью печи считается: находящаяся в пределах активной высоты печи поверхность стенок печи, омываемая с одной стороны воздухом, а с другой омываемая дымовыми газами или соприкасающаяся с горящим топливом; перекрыша при высоте печи не более 2,1, м; поверхность стенок воздухонагревательных камер.

Теплота от нагретых тбплоотдающих -поверхностей печи передается окружающему воздуху и предметам следующими способами: прямым лучеиспусканием, когда тепловые лучи, исходящие от печи, пронизывают окружающий воздух и попадают на окружающие предметы с более низкой температурой, чем поверхности печи; соприкосновением движущегося около печи воздуха с ее нагретыми стенками. Воздух, соприкасаясь непосредственно со стенками печи, нагревается, становится легче и поднимается вверх. Его место занимают соседние нижележащие слои и таким образом около разогретой печи создается постоянное движение воздуха.

Полное количество теплоты, отдаваемой печью в помещение, равно сумме количеств теплоты, переданной первым и вторым способами. Оно находится в прямой зависимости от степени разогрева ее теплоотдающих поверхностей и прямо пропорционально разности температур этих поверхностей и окружающего воздуха и предметов.

Однако теплоотдача печи в течение суток происходит неравномерно. Как было указано выше, максимальные температуры на поверхности печи с периодической топкой наблюдаются у толстостенных печей через 2,5. 3 ч после растопки, а тонкостенных — через 1,5. 2 ч. В этот момент печь выделяет максимальное количество теплоты, превышающее то среднее количество, на которое ее рассчитывали, исходя из теплопотерь помещения Этот избыток теплоты частично поглощается массивом наружных ограждений: стен, пола, потолка и комнатной обстановки.

Читайте так же:
Сколько составляет длина кирпича

На короткий промежуток времени температура комнатного воздуха становится несколько выше расчетной внутренней температуры помещения (для жилых комнат 18 °С). Затем массив печи постепенно остывает, после чего наступает короткий период установившегося теплового состояния, когда печь выделяет в час ровно столько теплоты, сколько ее расходуется через наружные ограждения. В этот период все предметы, получившие ранее запас . теплоты, сохраняют его неизменным. Наконец, наступает третий период, когда остывающая печь выделяет теплоты меньше, чем это требуется для поддержания в помещении нормальной температуры. Температура воздуха в помещении начинает понижаться, тогда все предметы, обладающие более высокой температурой и, следовательно, некоторым запасом теплоты, начинают отдавать ее окружающему воздуху, за счет чего температура помещения выравнивается.

Таким образом, несмотря на неравномерность отдачи теплоты поверхностями печи достигается некоторое выравнивание комнатной температуры во время перерыва между топками. При применении толстостенных печей отмеченное колебание температур в помещении бывает меньше, чем при применении тонкостенных. При печном отоплении колебания температуры воздуха внутри отапливаемых помещений не должны превышать ±3 °С в течение суток.

Теплоотдача печи зависит от количества сожженного в ней топлива и может меняться в широких пределах. За нормальную теплоотдачу печи принимают среднее количество теплоты, которое выделяется печью в течение 1 ч при двух топках в сутки отопительные печи следует выбирать так, чтобы средняя часовая теплоотдача их равнялась расчетным теплопотерям отапливаемых ими помещений. Среднюю часовую теплоотдачу теплоемких печей периодической топки следует рассчитывать, исходя из двух топок в сутки, а печей длительного горения принимать равной расчетным теплопотерям помещений.

Двукратная топка печи в сутки — утром и вечером — это режим, который обеспечивает рациональное и выгодное использование массива печи. При средних зимних температурах наружного воздуха, наиболее часто повторяющихся в отопительный период, осуществляется нормальная одноразовая топка печи. При пониженных наружных температурах печь топят два раза в сутки с некоторым увеличением общего количества топлива по сравнению с одноразовой топкой. В более теплые зимние дни достаточно протопить печь один раз в сутки, закладывая при этом меньшее количество топлива.

При соблюдении указанных режимов можно не строить массивных печей, которые необходимы для обогрева помещения при одноразовой тoпке, а пользоваться менее громоздкими печами, но топить их два раза в сутки. При этом объем, стоимость печи и полезная площадь, занимаемая ею, уменьшаются, а работа печи протекает при более высоком коэффициенте полезного действия.

Часовая теплоотдача 1 м3 перекрыши печи при высоте печи 2,1 ми менее составляет в среднем 50 % от часовой тепло отдачи 1 м3 стенок. Теплоотдача стенки печи в отступке, от крытой с обеих сторон, принимается равной 75 % от теплоотдачи открытой стенки при ширине отступки от 70 до 130 мм При отступках шириной более 130 мм теплоотдача принимается та же, что и для открытых поверхностей печей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector