Основы эксплуатации наружных кирпичных стен гражданских зданий - часть 6

 

Коэффициент  теплоотдачи  конвекцией  наружной  поверхности  стены  определяем  по  формуле 

(3.9): 

 

⋅

=

+

⋅

=

α

⋅

−

2

5

91

,

1

656

,

0

к

м

Вт

06

,

21

78

,

3

5

34

,

7

e

e

°С. 

 

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности стены  

 

⋅

=

+

=

α

+

α

=

α

2

л

к

м

Вт

37

,

24

31

,

3

06

,

21

e

e

e

°С. 

 

Коэффициенты теплоотдачи 

α

iк

 и 

α

iл

 можно также определить по графикам, приведенным на рис. 

3.2.  

В частности, для данного случая при 

∆t = t

int

 – 

τ

si

 = 18 – 12 = 6 

°С и 

t

av

 = (t

int

 + 

τ

si

)/2 = (18 + 12)/2 = 15 

°С, коэффициенты 

к

i

α′

и 

л

i

α′

 будут равны 

 

)

С

м

/(

Вт

99

,

2

2

к

⋅

=

α′

i

, 

)

С

м

/(

Вт

63

,

4

0

2

л

⋅

=

α′

i

. 

 

Коэффициент теплоотдачи  

 

).

С

м

/(

Вт

62

,

7

63

,

4

99

,

2

'

'

'

0

2

л

к

⋅

=

+

=

α

+

α

=

α

i

i

i

 

 

Видно, что 

α

i

 и 

i

'

α

 практически совпадают. 

°С)

°С).

°С)

Анализ  результатов  расчетов  показывает,  что  теплообмен  на  внутренней  поверхности  стены  в 

данном случае в большей мере определяется излучением (60 %). На наружной поверхности стены от-

дача тепла излучением имеет незначительную величину (13,6 %). Конвективная теплоотдача на на-

ружной  поверхности  стены  определяется  в  основном  вынужденной  конвекцией.  Естественная  кон-

векция на наружной поверхности при скорости ветра 5 м/с практически равна нулю. 

Так как при эксплуатации гражданских зданий в зимний период, как правило, на поверхностях 

наружных стен обеспечиваются примерно одни и те же условия теплообмена, при расчетах теплоза-

щиты можно также использовать коэффициенты 

α

i

 и 

α

e

, принимаемые по СНиП 23-02–2003 [19]  и 

равные для гладких стен 

α

i

 = 8,7 Вт/(м

2 

· 

°С), α

e

 = 23 Вт/(м

2 

· 

°С). 

3.2   Теплотехнические характеристики материалов кладки 

Теплозащитные  свойства  стены  определяются  величиной  проходящего  через  них  потока  тепловой 

энергии. Согласно формуле (3.2) величина потока зависит от коэффициента теплопроводности материала 

λ. 

Коэффициент теплопроводности 

λ характеризует способность материала проводить тепло че-

рез свою массу. Он показывает количество тепла в Дж, проходящего за 1 с через 1 м

2

 плоской стенки 

толщиной в 1 м при  разности температур на ее поверхностях в 1 

°С, и имеет, соответственно, раз-

мерность Вт/(м · 

°С). 

Величина теплопроводности зависит от объемной плотности материалов, связанной с его порис-

тостью, структуры и от влажности материалов. 

Материалы кирпичной кладки в большей или меньшей мере являются пористыми телами.  

–16     –8          0          8          16        24 
                  

2

/

)

(

int

si

av

t

t

τ

+

=

                

3,0 

3,8 

4,6 

α

iл

, 

Вт/(м

2

⋅°С) 

0   4    8   12   16  20 

∆t 

        

si

t

t

τ

−

=

∆

int

           

0,4 

1,2 

2,0 

α

iк

, 

Вт/(м

2

⋅°С) 

2,8 

3,6 

Рис. 3.2   Графики для определения  

коэффициентов лучистого 

α

iл

 и  

б

t

int 

t

int

Пористость материала определяется содержанием пор в материале и выражается процентным 

отношением объема пор к общему объему материала, p, %. 

Объемная плотность материала 

ρ

0

, кг/м

3

, определяется массой единицы объема материала в 

том состоянии, в котором он применяется в строительстве. Объемная плотность может значительно 
отличаться от плотности материала без наличия пор ρ, кг/м

3

. Например, глиняный кирпич, состоящий 

из глины и песка, имеет плотность материала, равную 

ρ = 2600 кг/м

3

. Объемная же плотность глиня-

ного кирпича 

ρ

0

 изменяется в пределах от 1900 кг/м

3

 для плотного кирпича до 700 кг/м

3

 для пористо-

го кирпича. 

При известных значениях плотности 

ρ и объемной плотности ρ

0

 величина пористости определя-

ется как 

 

100

0

ρ

ρ

−

ρ

=

p

, % .                                   (3.10) 

 

Материал кладки стены всегда содержит определенное количество влаги. Влажность материа-

ла характеризуется наличием в нем химически свободной воды. Выражается влажность относитель-
ными величинами по массе w или по объему w

V

 

 

%

,

100

1

2

1

m

m

m

w

−

=

;   

%

,

100

2

1

V

V

w

V

=

,                  (3.11) 

 

где m

1

, m

2

 – массы влажного и сухого материала; V

1

 – объем влаги, содержащейся в материале; V

2

 – 

объем сухого материала. 

При одном и том же объемном содержании влаги в образце значения влажности по массе будут 

различны в зависимости от объемной плотности материала. Для материалов с большей плотностью 
влажность по массе выразится меньшим процентом, чем для материала с меньшей объемной плотно-
стью. Следовательно, объемная влажность более полно характеризует содержание влаги в материале, 
чем влажность по массе. Объемную влажность материала сложно определять экспериментально, по-
этому ее чаще всего находят по формуле 

 

.

1000

0

ρ

=

w

w

V

                                         (3.12) 

 

Здесь w и 

ρ

0

 – влажность по массе и объемная плотность материала в сухом состоянии, определенные 

экспериментально. 

Коэффициенты теплопроводности кладки существенно зависят от объемной плотности и порис-

тости кирпичей.  

Так как теплопроводность воздуха меньше теплопроводности самого материала, увеличение по-

ристости  кирпичей  приводит  к  снижению  коэффициента  теплопроводности.  Наглядным  примером 
служат  данные  о  зависимости  коэффициента  теплопроводности  от  объемной  плотности,  приведен-
ные на рис. 3.3. Как видно из графика, по объемной плотности кирпичей можно приближенно судить 
об их коэффициентах теплопроводности. Имеющиеся на графике отклонения от прямой линии связа-
ны с тем, что на величину коэффициента теплопроводности кирпичей кроме пористости также ока-
зывают влияние размеры пор и структура материала. С увеличением размеров пор растет коэффици-
ент теплопроводности воздуха в порах и, соответственно, всего изделия. 

Теплопроводность зависит также от связи пор между собой. При сообщающихся порах коэффи-

циент теплопроводности из-за возникновения конвекционных токов воздуха возрастает. В кирпичах 
и растворе кладки поры, как правило, замкнуты и это явление практически не имеет значения. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На коэффициент теплопроводности оказывает влияние не только воздух, но и теплопроводность ос-

новного вещества изделия. Это влияние приближенно можно показать на материалах кладки. Силикат-
ный кирпич кладки и цементно-песчаный раствор имеют одинаковую объемную плотность 1800 кг/м

3

, 

но при этом их коэффициенты различны. По данным [25] коэффициент теплопроводности кирпичей в 
сухом состоянии равен 0,754 Вт/(м · 

°С), а раствора, соответственно, 0,692 Вт/(м ⋅ °С). 

На коэффициент теплопроводности кирпичей незначительное влияние оказывает также величина 

контактных  площадок  между  частицами  материала.  При  уменьшении  площадок  контакта  величина 
коэффициента теплопроводности уменьшается. 

Коэффициенты теплопроводности материалов увеличиваются с повышением их средних темпе-

ратур. Это явление связано с ростом кинетической энергии молекул основного материала, а также с 
возрастанием теплопроводности  воздуха в порах материалов и с увеличением в них передачи тепла 
излучением. Как показывают исследования, величина изменений коэффициентов теплопроводностей 
материалов кирпичной кладки в пределах рабочего диапазона температур (от –50 

°С до +50 °С) очень 

незначительна и ею при практических расчетах обычно пренебрегают [24]. 

Коэффициенты  теплопроводности  кирпичей  и  кладочного  раствора  существенно  зависят  от  их 

влажности. С повышением влажности наблюдается достаточно резкий рост теплопроводности и, со-
ответственно,  ухудшение  теплозащитных  качеств  стен.  Изменение  коэффициентов  теплопроводно-
сти кладки, сложенной из обыкновенного глиняного кирпича на цементно-песчаном растворе, в зави-
симости от влажности по массе приведено на графике рис. 3.4. 

Подробные исследования влияния влаги на теплопроводность кирпичей и кладочных растворов 

было выполнено в середине ХХ в. в НИИСФе А.У. Франчуком [25]. Некоторые данные этих иссле-
дований приведены в табл. П1. 

Повышение теплопроводности кладки при росте влажности материалов связано с тем, что вода, 

попадающая  в  поры,  имеет  больший  коэффициент  теплопроводности,  чем  вытесненный  ею  воздух 
(примерно  в  20  раз).  Кроме  того,  вода  в  порах  увеличивает  размеры  контактных  площадок  между 
частицами материала и тем самым дополнительно повышает теплопередачу.  

Из графика рис. 3.4 видно, что сначала при увеличении влажности кирпича от первоначальных 

малых значений идет более интенсивный рост коэффициента теплопроводности. Затем рост несколь-
ко замедляется. Связано это с тем, что вначале заполняются водой мелкие поры и капилляры, оказы-
вающие большее влияние на теплопроводность кирпичей, чем крупные поры. 

РИС. 3.3   ЗАВИСИМОСТЬ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНО-

СТИ ГЛИНЯНОГО КИРПИЧА ОТ ОБЪЕМНОЙ ПЛОТНОСТИ ПО 

ДАННЫМ [18]:  

1 – высокопористый кирпич с пористостью p = 69 %; 2 – пористый 

кирпич с p = 54 %; 3 – слабопористый кирпич с p = 46 %; 4 – плотный 

800   900  1000  1100  1200  1300  1400  1500  1600  1700  1800 1900 

0,1     

0,2      

0,3     

0,4      

0,5      

0,6      

0,7      

0,8     

λ,  

Вт/м

⋅°С 

ρ

0

, кг/м

3

1 

2 

3 

4 

5