Tepelná vodivost dřeva

Nejvhodnějším materiálem pro stavbu domu nebo chaty je dřevo, protože jeho tepelná vodivost zůstává konstantní v širokém teplotním rozsahu od -40 do +40 stupňů. Existují ale další faktory, které ovlivňují tepelnou vodivost materiálů, včetně dřeva. Například vlhkost, na které do značné míry závisí tepelná vodivost dřeva.

Kožešinový strom, borovice

Borovice je dřevo často používané ve stavebnictví.

Co je index tepelné vodivosti

V každém domě mají vnější a vnitřní povrchy různé teploty. Tok tepla proudí z teplejšího místa na chladnější a v různých materiálech se teplo přenáší různou rychlostí. To závisí na speciální vlastnosti materiálů zvané tepelná vodivost.

Vlastnost materiálů vést teplo z teplejšího místa na chladnější místo náhodným pohybem atomů a molekul se nazývá tepelná vodivost. Teplo se přenáší prostřednictvím chaotických srážek těchto částic mezi sebou.

Při zvažování problematiky konstrukce budovy, prostupu tepla a jeho ztrát, za předpokladu, že stěny jsou hladké, se tepelná vodivost nepovažuje za proudění nahodilé, ale usměrněné. V tomto případě se bere v úvahu teplota venku a uvnitř budovy, nikoli na povrchu stěny. Odtud se vypočítává tepelná vodivost dřeva.

Součinitel tepelné vodivosti

Tepelná vodivost dřeva

Ze dřeva je vhodné stavět domy, chaty a další objekty různých velikostí. Nejdůležitějším faktorem je nízká tepelná vodivost tohoto materiálu. Teplo se nejlépe udržuje v domě postaveném z cedru. Po něm přichází smrk, pak modřín. Borovice nejvíce vede teplo, stejně jako dub.

Cedar

Rozdíly v průřezové struktuře vláken cedrového, sona a smrkového dřeva

Tepelně izolační vlastnosti dřeva jsou člověku známy již odpradávna. Ve starověkém světě lidé používali dřevo k výrobě různých budov, postelí, židlí a dokonce i nádobí. Suché dřevo téměř nevede teplo, protože vnitřní struktura má mnoho vzduchových pórů. Pokud si opřete ruku o dřevěný povrch, cítíte teplo. K tomu dochází v důsledku pomalého uvolňování energie z lidského těla.

Dnes se laminátové podlahy staly oblíbenými v bytech. Ale tento materiál je mnohem chladnější než přírodní dřevo. Tepelná vodivost dřeva do značné míry závisí na jeho hustotě. Čím je větší, tím lépe se vede teplo. Kromě toho je důležitý směr vláken dřeva a obsah vlhkosti. S rostoucím obsahem vody ve dřevě se prudce zvyšuje jeho tepelná vodivost.

Různé koeficienty pro různé druhy dřeva

Dřevo jako stavební materiál

Dřevo bylo vždy používáno jako stavební materiál. Z hlediska popularity je na druhém místě za kamenem. Chemické vlastnosti dřeva jsou poměrně složité, ale lidé úspěšně využili jedinečné vlastnosti tohoto materiálu pro stavbu.

Dřevo se široce používá na stavbu domů, lodí a domácího nábytku. Velkou výhodou dřeva je, že se jedná o přírodní materiál. Díky tomu je nákladově efektivní a cenově dostupný. Dřevo má dostatečnou pevnost a poskytuje potřebnou tepelnou izolaci.

ČTĚTE VÍCE
Co je lepší dát na podlahu ložnice linoleum nebo laminát?

Se dřevem se snadno pracuje a lze jej tvarovat do různých velikostí a tvarů a vytvořit tak jakýkoli design. Dřevo je biologicky odbouratelný, ekologicky udržitelný produkt. Má nejnižší uhlíkovou stopu ze všech stavebních materiálů.

Těžba dřeva nevyžaduje vysokoenergetická paliva ve srovnání s plasty, železem nebo cihlami. Postupem času se strom v přírodě postupně obnovuje. Při stavbě objektů zajišťuje dřevo v kombinaci s jinými materiály dlouhou životnost, požární odolnost, izolaci proti vlhkosti, hluku a chladu.

Uspořádání vláken

Množství tepelné vodivosti se liší v závislosti na tom, jak jsou vlákna uspořádána. Každý druh dřeva má svůj vlastní koeficient tepelné vodivosti podél vláken. Nejčastěji je to 0.4. Při silných mrazech dřevo namrzá mnohem více podél vlákna než napříč. To je vidět na zamrzlých zákoutích dřevěných domů.

Řezání dřeva

Tepelná vodivost dřeva se liší v závislosti na řezu

Korkový strom má zajímavou vlastnost. Ve srovnání s ostatními dřevinami má nejnižší koeficient tepelné vodivosti. Není však praktické jej používat pro stavbu domů a jiných staveb, protože korek nemá dostatečnou pevnost. Ale pro izolaci místností je ideální.

Níže je uvedena tabulka tepelné vodivosti dřeva v závislosti na vlhkosti a uspořádání vláken.

S rostoucí vlhkostí a hustotou dřevěného výrobku se zvyšuje vedení tepla jak napříč, tak podél vláken. Následující tabulka ukazuje tepelnou vodivost dřeva napříč vlákny při různých úrovních vlhkosti, záporných a kladných teplotách.

Tepelná vodivost a další vlastnosti dřeva různých dřevin

Pokud analyzujete údaje z tabulky, můžete pochopit, že tepelná vodivost dřeva je nižší než u jiných materiálů stěn. Dřevu může konkurovat jen málo inovativních materiálů.

Stavební materiál Hustota, kg / m3 Tepelná vodivost, W/(m * stupeň) Tepelná kapacita, J/(kg * deg)
Birch 510 – 770 0.15 1250
Topol 350 – 500 0.17
Borovice a smrk přes obilí 500 0.09 2300
Pryskyřičná borovice 15% vlhkost 600 – 750 0.15 – 0,23 2700
Lípa, (15% vlhkost) 320 – 650 0.15
Dub podél obilí 700 0.23 2300
Dub přes obilí 700 0.1 2300
Borovice a smrk podél obilí 500 0.18 2300
Jedle 450 – 550 0.1 – 0.26 2700
Cedar 500 – 570 0.095
Maple 620 – 750 0.19
Larch 670 0.13

Velký vliv na vedení tepla má vlhkost a hustota dřeva. Kromě toho se stejné plemeno může projevovat odlišně v závislosti na oblasti růstu. V tabulce tedy vidíte několik parametrů pro jeden typ stromu.

Cedr je považován za „nejteplejší“ strom. Nejméně vede teplo, takže domy z tohoto materiálu budou z hlediska nákladů na vytápění nejekonomičtější.

Smrk a jedle budou také dobrou volbou pro stavbu teplého domu. Jedle by však neměla obsahovat mnoho pryskyřice, která značně snižuje zadržování tepla.

ČTĚTE VÍCE
Co je lepší pro izolaci: polystyrenová pěna nebo extrudovaná polystyrenová pěna?

Hustota jehličnatých stromů do značné míry závisí na oblasti růstu, která ovlivňuje tepelnou vodivost dřeva. Proslulá je například astrachaňská borovice, ze které se vyrábí stěžně. V regionu Vologda si stavebníci častěji vybírají smrk než borovici.

Při výstavbě se často bere v úvahu průměrná hodnota tepelné vodivosti pro borovicové dřevo – 0.15 W na m*S. Ve skutečnosti, pokud vezmete suché dřevo, pak pro smrk, borovice a jedle je koeficient tepelné vodivosti 0.13 a pro cedr to není větší než 0.1. Plynosilikátové bloky, které se vyrábějí v autoklávech, mají přibližně stejné vlastnosti.

Tloušťka dřevěné stěny

Pokud vezmeme v úvahu součinitel tepelné vodivosti 0.13 pro střední Rusko, musí být stěny domů tlusté 0.11 x 3 = 0.33 metru. Zde se bere průměrná tloušťka stěny z borovicového dřeva. To je norma pro podmínky pro úsporu zásob tepla a energie.

Každý je zvyklý vidět stěny v domě jako ploché a rovné. Z fyziky je známo, že teplo se přenáší náhodným pohybem částic. Ale když je stěna rovná, teplo se přenáší lineárně a směrově z místa s větším vytápěním do místa menšího.

Různé tloušťky stěn z různých materiálů

Pokud jsou stěny budovy vyrobeny z kulatiny, pak se situace poněkud mění. Kulatý povrch kulatiny vytváří vektory směru tepla v různých směrech. V důsledku toho je tloušťka stěny průměrem kulatiny a úzké hrdlo se nebere v úvahu. Úsek mezikorunové drážky (tepelného mostu) je často mylně zaměňován za „studený most“ analogicky s maltou při stavbě cihlové zdi.

Ale kromě tloušťky stěny hraje velkou roli teplota v místnosti. Může se také ukázat, že stavět teplý dům nebude ekonomicky rentabilní. Náklady na jeho následné opravy totiž mohou být příliš vysoké a nepokryjí náklady na vytápění.

Vlastnosti dřevěných konstrukcí

Nejčastěji se pro stavbu teplého domu, chaty nebo chaty používá dřevo se standardním průřezem 150×150 mm. Vyrábí se z jehličnatých stromů, které mají správný poměr ceny a tepelné vodivosti.

Stěna musí mít tloušťku 450 mm, aby si udržela potřebné množství tepla, a dřevo má rozměr pouze 150 mm.

Otázkou je, že ve stavebnictví se kromě dřeva používají i jiné nové materiály. Čistě dřevěný dům totiž vyjde velmi draho. Nejvýnosnější by bylo vyrobit tenké dřevěné stěny a poté je izolovat syntetickými materiály.

Tepelná vodivost izolace

To je vhodné zejména pro severní oblasti Ruska, kde mohou mrazy dosáhnout -50 stupňů. Dřevo má kromě skvělého udržení tepla i další důležité vlastnosti, které cihla, kámen nebo beton nemají. Například elasticita, odolnost proti opotřebení, snadné zpracování.

ČTĚTE VÍCE
Jaká je výhoda pračky s horním plněním?

Rozsekaný dům Kirov

V každé budově se vnitřní a vnější povrchy zahřívají odlišně. Výsledkem je, že tok tepla začíná z bodu většího ohřevu do bodu menšího ohřevu. K přenosu tepla dochází v různých materiálech různě. To je ovlivněno vlastnostmi materiálu, jako je tepelná vodivost.

Tepelná vodivost je vlastnost materiálů vést teplo z ohřívané části do neohřívané části v důsledku chaotického pohybu částic (molekul, atomů atd.). K tomu dochází v důsledku srážek částic. Srážky jsou chaotické, nejsou směrované.

V rámci výstavby domů je při zvažování problematiky tepelné vodivosti a tepelných ztrát, kdy stěny mají rovný povrch, běžně přijímán přenos tepla jako přímé, nikoli chaotické proudění. V tomto případě se teplota neuvažuje na povrchu materiálu, ale na teplotě uvnitř a vně místnosti.

Zvažme vlastnosti tepelné vodivosti a tepelných ztrát v dřevěných domech.

Dřevo jako stavební materiál

V našich článcích již bylo opakovaně zdůrazněno, že stavební materiály byly zpočátku a často stále jsou vázány na regiony výstavby. Je zcela přirozené, že v Rusku se hlavním stavebním materiálem stalo dřevo různých druhů stromů, s ohledem na místo jejich růstu.

V místech, kde nebyl les, například ve stepních oblastech, se takovým stavebním materiálem stala vepřovice – směs hlíny a slámy (to je myšlenka, která stojí za výrobou moderního dřevěného betonu). V místech, kde se objevily skalnaté skály, se přírodní kámen mohl stát stavebním materiálem. Především vápenec, protože se snáze zpracovával.

Ale i když byly k dispozici jiné stavební materiály, často se dávalo přednost dřevu. To se navíc děje i nyní, i když existuje rozvinutá dopravní síť a nákladní doprava stavebních materiálů.

Tepelná vodivost dřeva

Výstavba dřevěných domů se provádí jak ve vztahu k malým venkovským domům, malým domkům k trvalému pobytu nebo venkovské dovolené, tak ve vztahu k velkým chatám. Jedním z nejdůležitějších faktorů je poměrně nízká tepelná vodivost dřeva. Porovnejme údaje na konkrétních příkladech.

* Údaje z SNiP II-A.7-62 Tepelná technika budov a SNiP II-3-79 Tepelná technika budov

Stavební materiál Hustota, kg / m3 Tepelná vodivost, W/(m*deg) Tepelná kapacita, J/(kg*deg)
Beton na štěrku nebo drceném kameni* 2400 1,51 840
Beton na písku 1800 2500 .. 0,7 710
Pórobetonový blok 400. 800 0,15. 0,3
Porézní keramický blok 0,2
Plynový a pěnobeton* 800 0,21 840
Vápenec (obklad)* 1400 – 2000 0,49 – 0,93 850 – 920
Expandovaný jílový beton na křemičitém písku s pórováním* 1200 0,41 840
Lehký keramzit beton 500 – 1200 0,18 – 0,46
Expandovaný jílový beton na keramzitovém písku* 1800 0,66 840
Teplá keramika 0,12
Cihlově červená hustá 1700 – 2100 0,67 840 – 880
Cihlově červená porézní 1500 0,44
Cihlový obklad 1800 0,93 880
silikátové cihly 1000 – 2200 0,5 – 1,3 750 – 840
Zdivo z obyčejných hliněných cihel (GOST 530-80) na cementovo-pískovou maltu * 1800 0,56 880
Zdivo z keramických dutých cihel na cementovo-pískovou maltu * 1200 – 1600 0,35 – 0,47 880
Zdivo ze silikátových cihel (GOST 379-79) na cementovo-pískovou maltu * 1800 0,7 880
Shell rock 1000 – 1800 0,27 – 0,63
ČTĚTE VÍCE
Co by se mělo přidat do cementové malty pro pevnost?

Tepelná vodivost a další vlastnosti dřeva různých dřevin

Stavební materiál Hustota, kg / m3 Tepelná vodivost, W/(m*deg) Tepelná kapacita, J/(kg*deg)
Birch 510 770 .. 0,15 1250
Dub podél vlákna* 700 0,23 2300
Dub přes celé vlákno (GOST 9462-71, GOST 2695-83)* 700 0,1 2300
Cedar 500 – 570 0,095
Maple 620 – 750 0,19
Lípa, (15% vlhkost) 320 – 650 0,15
Larch 670 0,13
Jedle 450 – 550 0,1 – 0,26 2700
Borovice a smrk podél obilí* 500 0,18 2300
Borovice a smrk napříč zrnem (GOST 8486-66, GOST 9463-72)* 500 0,09 2300
Pryskyřičná borovice 15% vlhkost 600 – 750 0,15 – 0,23 2700
Topol 350 – 500 0,17

Pokud porovnáme ukazatele v tabulkách, je jasně vidět, že tepelná vodivost dřeva je nižší než tepelná vodivost mnoha materiálů stěn. Blíží se pouze některé moderní materiály, takže indikátor je se stromem (údaje o topných tělesech se v tabulce nezobrazují, protože se nejedná o konstrukční materiál, o kterém bude pojednáno v samostatném článku).

V roubence a srubu proudí teplo

V roubence a srubu proudí teplo

Změna požadavků na tepelný odpor obvodových konstrukcí: vlevo R~1, vpravo R~2

Při porovnávání různých druhů druhů je třeba si uvědomit, že tepelnou vodivost dřeva ovlivňuje jeho hustota a vlhkost. Hustota stejné dřeviny může záviset na místě růstu. Z tohoto důvodu je v tabulce na místech uvedeno několik ukazatelů.

Jedním z „nejteplejších“ druhů stromů je cedr. Jeho součinitel tepelné vodivosti je 0,095 W / (m * C). Dům postavený z cedru bude velmi dobrou investicí, protože ušetří za vytápění.

Smrk je také dobrým stavebním řešením z hlediska úspory nákladů na vytápění. Jedle je podobná smrku, ale pouze za předpokladu, že nedochází ke zvýšené pryskyřičnosti. Právě pryskyřičnost borovice a její hustota ji posouvají do další pozice.

Hustota stromů, zejména jehličnanů, je velmi závislá na místě jejich růstu a to ovlivňuje tepelnou vodivost. Borovice je toho zářným příkladem.

Takže v severních oblastech Ruska, například v oblasti Astrachaň, která je známá svými stožárovými borovicemi s malým kuželem, roční přírůstek borovice není velký, dřevo je husté. Ve Vologdské oblasti je často preferováno stavět ze smrku spíše než z borovice. Současně v jižní tajze borovice v létě prudce přibývá se dřevem nižší hustoty. V důsledku toho je tepelná vodivost takové borovice nižší, ale také dochází k většímu úniku.

ČTĚTE VÍCE
Kde se používá vločkový nátěr?

Ve stavebnictví se zavedla praxe používání průměrného součinitele tepelné vodivosti pro dřevěné domy pro výpočty založené na průměrných údajích pro borovici, tj. 0,15 W/(m* 0 C). Ve skutečnosti, pokud vezmeme v úvahu suché dřevo, bude součinitel tepelné vodivosti 0,11 – 0,13 pro smrk, jedle, borovice a modřín a méně než 0,1 W / (m * 0 C) pro cedr. Tyto ukazatele jsou srovnatelné např. s plynosilikátovým blokem výroby autoklávu.

Tloušťka dřevěné stěny

Při zohlednění součinitele tepelné vodivosti 0,11 – 0,13 1 W/(m* 0 C) a odporu prostupu tepla pro centrální zónu evropské části Ruska 3 m2* 0 C/W. Tloušťka stěny by tedy měla být 0,11*3=0,33 metru nebo 0,13*3=0,39 metru. Při zohlednění těchto ukazatelů je průměrná tloušťka stěny borovice 37 cm, což je norma pro podmínky úspory energie a tepla.

Jsme zvyklí, že zeď v domě je hladká a rovná. Vzhledem k tomu, že dochází k přenosu tepla v důsledku chaotického pohybu částic, ale v podmínkách ploché stěny lze hovořit o lineárním přenosu tepla ze zóny s vysokou teplotou do zóny s nízkou. V podmínkách se stěnou vyrobenou ze dřeva a kočárů bude energeticky účinný dům vyžadovat tloušťku stěny 37 cm.

Ale v podmínkách s polenem bude situace vypadat jinak. Zaoblený povrch „vytvoří“ vícesměrné vektory přenosu tepla. V důsledku toho je nutné brát jako tloušťku stěny průměr kulatiny a ne její polovinu v nejužším místě. Oblast mezikorunové drážky nebo, jak se také říká, tepelného mostu lze považovat za „most chladu“, podobně jako maltu ve zdivu.

V roubence a srubu proudí teplo

Jinými slovy, pokud je dům postaven z klády, musí být postaven z klády o průměru 37 cm.

Zde je třeba poznamenat, že tloušťka stěny je pouze jednou z podmínek energetické účinnosti. Existuje také koncept přijatelných provozních podmínek, kdy se například za pokojovou teplotu neuvažuje 24 0 C, ale 18 – 20 0 C.

Navíc je možné, že se stavba energeticky nenáročného domu ukáže jako iracionální, vezmeme-li v úvahu náklady na stavbu a další opravy, jejichž náklady mohou být vyšší než úspory na vytápění. Pokud se podíváte na SNiP před 30 lety, ukáže se, že tloušťka stěny ze dřeva 2-3krát tenčího byla dostatečná.

Postavit dům se silnější stěnou a utratit méně za vytápění, nebo postavit dům levněji, ale utratit více za vytápění, to je otázka, na kterou si musí odpovědět každý sám. Návrh domu by měl být proveden s ohledem na odpověď na tuto otázku.