CC BY
0Ц.Д. Дамдинов, канд. техн. наук, доц. кафедры «Производство строительных материалов, изделий
и конструкций»
Е.В. Доржиева, зав. лабораторией кафедры «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» Ю.В. Сибиряков, аспирант кафедры «Промышленное и гражданское строительство» В.В. Цыдыпов, аспирант кафедры «Производство строительных материалов, изделий и конструкций» Восточно-Сибирский государственный технологический университет Б-М.Б. Хубусгеев, инженер ООО «Агропромстрой»
УДК 624.011.13
ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ СВОЙСТВ МЕСТНЫХ ПОРОД ДРЕВЕСИНЫ
В статье исследованы физические и теплотехнические свойства древесины местных пород. Определены коэффициенты теплопроводности наиболее часто используемых в строительстве пород древесины и их удельные теплоемкости.
Ключевые слова: древесина, местные породы древесины, плотность, влажность, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость.
Ts.D. Damdinov, Cand. Sc. (Engineering), Assoc. Prof., E.V. Dorzieva, Head of Laboratory, Yu.V. Sibiryakov, P.G., V.V. Tsydypov, P.G., B-M.B. Hubusgeev, "Agropromstroy" engineer
THERMAL CHARACTERISTICS OF THE LOCAL TIMBER SPECIES
The paper investigated the physical and thermal properties of local timber species. The coefficients of thermal conductivity of the most frequently used local wood species for construction and its specific thermal capacity is determined in the article.
Key words: wood, local timber species, density, moisture content, thermal conductivity, specific thermal capacity.
В настоящее время наблюдается устойчивая тенденция увеличения спроса на строительные материалы из древесины, в том числе получаемые склеиванием. Интерес к древесине объясняется наличием значительных сырьевых ресурсов в Республике Бурятия, тем что более 50% вводимого в эксплуатацию жилья составляют деревянные здания. Кроме того, древесина имеет перед традиционными материалами преимущества по многим показателям, в том числе по эксплуатационным.
Одним из главных требований, предъявляемых к ограждающим конструкциям, является обеспечение нормальных условий для проживания людей, соблюдение температурно-влажностного режима здания. Оптимальные теплозащитные свойства ограждающих конструкции зависят от плотности, влажности, коэффициента теплопроводности и теплоемкости материалов, используемых в строительстве. Однако в строительных нормах (СП-23-10-2004 [1]) приведены данные не для всех материалов. Так, из деревянных пород приведены данные для сосны, ели и дуба, а также для изделий из древесины, картона, фанеры, ДВП и ДСтП. Понятно, что приведенные сведения в СП являются средними для России.
Фактические значения показателей для одних и тех же пород древесины могут разниться в зависимости от места произрастания и других факторов. В деревянном домостроении и для отделочных работ в Республике Бурятия используются, кроме сосны и ели, такие породы, как лиственница, кедр, пихта, осина, береза и т.п., основные теплотехнические характеристики которых неизвестны. Кроме того, известно, что физико-механические и тепловые свойства древесины могут быть разными для образцов, взятых из ядровой части или заболони, а также может иметь влияние анизотропия древесины, т.е. изменения свойств в зависимости от тангенсального и радиального расположения волокон [2, 3].
С целью определения теплотехнических свойств различных древесных пород, произрастающих в Республике Бурятия, исследования их свойств для изготовления качественных строительных материалов были изготовлены образцы разных пород размером 100X100X15 мм. Они выпиливались из разных частей: из центральной ядровой части, наружной заболони, с разными направлениями годичных слоев (рис.1).
Рис.1. Образцы древесины различных пород деревьев, произрастающих на территории Республики Бурятия
Определение коэффициента теплопроводности исследуемых материалов проводилось согласно ГОСТ 7076—99 [4] на приборе ИТП-МГ4 (рис.2.).
Рис.2. Прибор ИТП-МГ4
Коэффициент теплопроводности определялся при нулевой влажности после высушивания при температуре 102 0С в сушильном шкафу, и после нахождения 1-2 суток в естественных условиях, т.е. после увлажнения до сорбционной влажности при условиях окружающей среды.
В таблице 1 приведены данные результатов измерений коэффициентов теплопроводности при нулевой влажности и увлажненного материала.
На втором этапе экспериментальным путем определялась удельная теплоемкость материалов. Исследуемые образцы материалов проходили процесс подготовки: высушивание до нулевой влажности и измельчение до размеров не более 5 мм. Для проведения исследования разработана экспериментальная установка согласно ГОСТ 23250-78 [5] (рис. 3).
Рис.3. Экспериментальная установка
Для определения удельной теплоемкости необходимо определить водяной эквивалент калориметра с точностью до 0,1 г по формуле:
£ = МС• -'') -М , (,)
сж ((, - О ж'
где М э = 57,300 г - масса эталона;
С меди =0,42 кДж/кг К - удельная теплоемкость материала эталона; гв =71,5°С - температура нагретого эталона; гр =20,8 °С - равновесная температура калориметра;
Сж - удельная теплоемкость дистиллированной воды, равная 1 ккал/(кг°С) или 4187 Дж/(кг К); г0 =19,5 °С - температура калориметра в момент погружения эталона; М ж =300г - масса дистиллированной воды;
Е=
0,0573 * 420 * (344,5 - 293,8) 4187 * (293,8 - 292,5)
- 0,3 = 0,075кг =75 г.
Определяем удельную теплоемкость испытуемых образцов по формуле:
С =
(Мж + Е)СЖ (гр - г0)
г - г
в р
- мкск
: Мп
где гв - температура нагретой капсулы с образцом, °С; Мк - масса капсулы, г;
Ск - удельная теплоемкость материала капсулы, ккал/( кг°С) или Дж/(кг К); М 0 - масса образца; Удельная теплоемкость сосны:
г = 70,6°С Ск =0,42 кДж/(кгК) г 0 =20,6°С
М,. =57,300 г
М 0=5 г
гр =21,8 °С
С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г
(2)
С
сосна
(0.3 + 0,075) * 4187 * (296,8 - 295,6) _ 4 Л _
----------— - 420 * 0,0573
345,6 - 296,8
/0,005 = 2912Дж /(кгК)
Удельная теплоемкость лиственницы: г в = 73,2°С Ск =0,42 кДж/(кгК) г 0 =23,2°С
М.. =57,300 г
М 0=5 г
гр =24,5 °С
С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г
(0.3 + 0,075) * 4187 * (297,5 - 296,2)
С лис = -------
_ 346,2 - 297,5
Удельная теплоемкость пихты:
г в = 68,7°С Ск =0,42 кДж/(кгК) г 0 =18,7°С
- 420 * 0,0573
/0,005 = 3432Дж /(кгК)
М 0=5 г
гр=19,9 °С
Мк =57,300 г С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г
С
пихта
(0.3 + 0,075) * 4187 * (292,9 - 291,7)
- 420*0,0573
341,7 - 292,9 Удельная теплоемкость кедра:
г в = 70,5°С Ск =0,42 кДж/(кгК) г 0 =20,5°С Мк =57,300 г
М 0=5 г гр =21,8 °С С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г
(0.3 + 0,075) * 4187 * (294,8 - 293,5)
/0,005 = 2909Дж /(кгК)
С кедр =
343,5 - 294,8
- 420*0,0573
/0,005 = 3570Дж /(кгК)
Удельная теплоемкость осины: t в = 71,6°С Ск =0,42 кДж/(кгК) 10 =21,6°С
М, =57,300 г
М 0=5 г
tp =22,8°С
С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г
С
осина
(0.3 + 0,075) * 4187 * (295,8 - 294,6) 344,6 - 295,8 Удельная теплоемкость березы : t в = 77,3°С Ск =0,42 кДж/(кгК) 10 =22,3°С
- 420*0,0573
/0,005 = 2801Дж /(кгК )
М =57,300 г
М 0=5 г
С берез =
tp =23,6°С
С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г
(0.3 + 0,075) * 4187 * (296,6 - 295,3) 350,3 - 296,6
- 420*0,0573
/0,005 = 2631Дж /(кгК)
Результаты экспериментальных значений удельной теплоемкости древесных пород и данные СНиП 11-3-79* занесены в таблицу 2.
Таблица 2
Удельная теплоемкость различных пород древесины
Порода С экс, Дж/кг К С СП, Дж/кгК
Сосна 2,912 2,30
Лиственница 3,432 2,30
Пихта 2,909 2,30
Кедр 3,570 2,30
Береза 2,631 2,30
Осина 2,801 2,30
В результате анализа таблиц 1 и 2 сделан вывод, что экспериментальные данные удельной теплоем -кости, коэффициента теплопроводности для древесины местных пород отличаются от показателей, приведенных в СП 23-10-2004 на 15-20%, что позволяет внести коррективы в теплозащитных свойств конструкций с использованием разных пород древесины, произрастающих в Республике Бурятия.
Библиография
1.Свод правил 23-10-2004 проектирования теплового режима здания. - М., 2004.
2. Уголев Б.Н. Древесиноведение.4-е изд. - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 340 с.
3. Варфоломеев А.Ю. Неразрушающий метод выявления скрытых участков гниения деревянных наружных стен зданий/ А.Ю. Варфоломеев// Жилищное строительство. - 2009. - №10. - С. 5-8.
4. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме/ Госстрой России (МНТКС). - М., 1999.
5. ГОСТ 23250-78. Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости. Государственный стандарт. - М.,
1978.
Bibliography
1. Rulebook 10/23/2004 designing the thermal regime of the building. - M., 2004.
2. UgolevB.N. Timber management. 4th ed. M.: GOU VPO MSFU, 2005. - 340 p.
3. Varfolomeev A.Y. Non-destructive detection of hidden rotten wood exterior walls of buildings// Zhilischnoe stroitelstvo - 2009. - № 10. - P. 5-8.
4. State Standard 7076-99. Building materials and products. Method for determination of thermal conductivity and thermal resistance in steady-state thermal regime/ State Committee for Construction of Russia (MNTKS). - M., 1999.
5. State Standard 23250-78. Construction materials. Method of determining the specific heat. State standard. - M.,
1978.
