Свойства теплоизоляции древесины известны на протяжении долгого времени. Человечество с давних пор использовало дерево в качестве материала для создания различных предметов: посуды, мебели, строений, а также для сооружения бань.
Теплопроводность дерева и металла
Почему, когда мы прикасаемся к железным или деревянным предметам, металл кажется холоднее?
Это ощущение сохраняется как при комнатной температуре, так и зимой. Разница в восприятии остается.
Почему зимой металл кажется более холодным по сравнению с деревом?
Если температура в помещении и изделий равна температуре человеческого тела, то различить металловый и деревянный предмет сложно, особенно если они имеют схожую текстуру поверхности. Попробуйте провести небольшой эксперимент. В условиях низкой температуры достаточно поднести руку, даже не касаясь, чтобы распознать материал: рука теплая, и тепло, как энергия, всегда движется от горячих предметов к холодным, вызывая их нагревание, а соответственно, рука начинает охлаждаться. Нервные окончания сразу отправляют сигнал в мозг, сообщая о том, что рука замерзает. Однако нагревается не весь предмет сразу, а только его поверхность, которая будет передавать тепло следующему слою и так далее, пока вся вещь не достигнет идеальной температуры от контакта с рукой. При этом металл обладает большей способностью проводить тепло, чем древесина, поэтому рука быстрее нагревает верхний слой деревянного предмета и не успевает сильно замерзнуть. Из-за того, что подобное взаимодействие мы испытываем много раз с детства, мы на интуитивном уровне начнем чувствовать разницу между деревом и металлом и уберем руку от металлических объектов на морозе, чтобы защитить кожу.
Различные поверхности материала имеют различные температурные условия. Это приводит к возникновению теплового потока, который позволяет нам оценить теплопроводность материала. В этой статье мы сосредоточим внимание на конкретном строительном материале — дереве. Мы будем использовать подробные таблицы и видеозаписи для более глубокого понимания вопроса.
Почему стоит выбрать дерево? Этот материал легко поддается обработке, что позволяет самостоятельно построить загородный дом. Одним из наиболее очевидных преимуществ древесины является её стоимость. В России имеется достаточное количество древесных ресурсов.
Теплопроводность – исследуем характеристику
Древесина является оптимальным выбором для строительства коттеджей, дач и частных домов благодаря своей стабильной теплопроводности, которая сохраняется в широком температурном диапазоне от -40°C до +40°C. Однако на теплопроводность материалов оказывают влияние и другие важные факторы. Одним из основных из них является влажность, способная значительно повлиять на характеристики проводимости.
Ниже представлена таблица, которая наглядно иллюстрирует теплопроводность различных древесных пород:
С таблицей разобраться несложно: чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше показатели материала. Для обозначения теплопроводности используется буква «R». Теперь давайте подробнее рассмотрим различные породы дерева, ориентируясь на предоставленную таблицу.
Актуальность: В современном мире активно разрабатываются новые строительные материалы. Понимание теплопроводности различных веществ позволяет не только эффективно их использовать, но и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду, технику и повседневную жизнь.
Древесина в качестве строительного материала
Многократно отмечалось в наших публикациях, что выбор строительных материалов часто зависит от региона строительства. Это вполне логично, поскольку в России древесина различных пород деревьев занимает центральное место как основной строительный ресурс, что связано с особенностями местности, где эти деревья произрастают.
В тех районах, где отсутствует лес, например, в степных местностях, саман, представляющий собой смесь глины и соломы, становится основным строительным материалом. Эта концепция является основой для производства современного арболита. В регионах, где встречаются скалистые породы, натуральный камень служит строительным материалом, прежде всего известняк, поскольку он легче поддается обработке.
Несмотря на наличие различных строительных ресурсов, древесина часто сохраняет за собой предпочтение. Это продолжается и сегодня, даже несмотря на развитую транспортную инфраструктуру и возможности по перевозке строительных материалов.
Теплопроводность древесины
Строительство деревянных домов охватывает как небольшие дачные постройки, так и уютные жилые дома для постоянного проживания или загородного отдыха, а также более крупные коттеджи. Одним из ключевых преимуществ древесины является ее низкая теплопроводность. Давайте рассмотрим это на конкретных примерах.
* Информация получена из СНиП II-А.7-62 «Строительная теплотехника» и СНиП II-3-79 «Строительная теплотехника»
| Строительный материал | Плотность, кг/м³ | Теплопроводность, Вт/(м*град) | Теплоемкость, Дж/(кг*град) |
| Бетон на основе гравия или щебня* | 2400 | 1,51 | 840 |
| Бетон на песчаной основе | 1800..2500 | 0,7 | 710 |
| Газобетонные блоки | 400..800 | 0,15..0,3 | — |
| Керамические поризованные блоки | — | 0,2 | — |
| Газобетон и пенобетон* | 800 | 0,21 | 840 |
| Облицовочный известняк* | 1400 — 2000 | 0,49 — 0,93 | 850 — 920 |
| Керамзитобетон на кварцевом песке с поризацией* | 1200 | 0,41 | 840 |
| Легкий керамзитобетон | 500 — 1200 | 0,18 — 0,46 | — |
| Керамзитобетон на основе керамзитового песка* | 1800 | 0,66 | 840 |
| Теплая керамика | — | 0,12 | — |
| Красный плотный кирпич | 1700 — 2100 | 0,67 | 840 — 880 |
| Красный пористый кирпич | 1500 | 0,44 | — |
| Облицовочный кирпич | 1800 | 0,93 | 880 |
| Силикатный кирпич | 1000 — 2200 | 0,5 — 1,3 | 750 — 840 |
| Кладка из обыкновенного глиняного кирпича (ГОСТ 530-80) на цементно-песчаном растворе* | 1800 | 0,56 | 880 |
| Кладка из керамического пустотного кирпича на цементно-песчаном растворе* | 1200 — 1600 | 0,35 — 0,47 | 880 |
| Кладка из силикатного кирпича (по ГОСТ 379-79) на цементно-песчаном растворе* | 1800 | 0,7 | 880 |
| Ракушечник | 1000 — 1800 | 0,27 — 0,63 | — |
Теплопроводность и другие свойства древесины разных пород деревьев
| Строительный материал | Плотность, кг/м3 | Теплопроводность, Вт/(м*°C) | Теплоемкость, Дж/(кг*°C) |
| Береза | 510..770 | 0,15 | 1250 |
| Дуб вдоль волокон* | 700 | 0,23 | 2300 |
| Дуб поперек волокон (по ГОСТ 9462-71, ГОСТ 2695-83)* | 700 | 0,1 | 2300 |
| Кедр | 500 — 570 | 0,095 | — |
| Клён | 620 — 750 | 0,19 | — |
| Липа (влажность 15%) | 320 — 650 | 0,15 | — |
| Лиственница | 670 | 0,13 | — |
| Пихта | 450 — 550 | 0,1 — 0,26 | 2700 |
| Сосна и ель вдоль волокон* | 500 | 0,18 | 2300 |
| Сосна и ель поперек волокон (по ГОСТ 8486-66, ГОСТ 9463-72)* | 500 | 0,09 | 2300 |
| Сосна смолистая (влажность 15%) | 600 — 750 | 0,15 — 0,23 | 2700 |
| Тополь | 350 — 500 | 0,17 | — |
Понять таблицу достаточно просто: чем ниже коэффициент теплопроводности, тем более эффективным считается материал. Для обозначения данного показателя используется буква «R». Теперь стоит обратить внимание на различные сорта древесины, и в этом нам поможет таблица.
Теплопроводность древесины
Древесина является отличным материалом для строительства домов, дач и других объектов различных размеров. Ключевым преимуществом этого материала является его низкая теплопроводность. Лучшие показатели по сохранению тепла демонстрирует кедр, за ним следуют ель и лиственница. Сосна и дуб имеют самые высокие значения проводимости тепла.
Отличия в структуре волокон древесины кедра, сосны и ели в сечении
Теплоизоляционные характеристики древесины известны человеку из древности. В античные времена дерево использовалось для постройки различного рода сооружений, а также для создания мебели, такой как кровати, стулья и даже посуда. Сухая древесина обладает низкой теплопроводностью благодаря своей внутренней структуре, содержащей множество воздушных пор. При прикосновении к деревянной поверхности ощущается тепло, что связано с медленной отдачей энергии от человеческого тела.
В наши дни популярность покрытия полов ламинатом возросла. Однако этот материал значительно холоднее природного дерева. Теплопроводность древесины во многом определяется ее плотностью: чем выше плотность, тем лучше происходит передача тепла. Кроме того, важную роль играют направление волокон древесины и уровень влажности. При увеличении содержания влаги в дереве его теплопроводность существенно возрастает.
Древесина как строительный материал
На протяжении всей истории древесина использовалась в качестве одного из основных строительных материалов. Она занимает второе место по популярности, уступая лишь камню. Химические свойства древесины достаточно сложны, однако люди успешно применяли уникальные характеристики этого материала в архитектуре и строительстве.
Дерево находит широкое применение в строительстве домов, судов и в производстве мебели. Одним из главных преимуществ древесины является то, что это природный ресурс. Такая особенность делает ее экономически целесообразной и доступной для широкого круга потребителей. Древесина имеет хорошую прочность и обеспечивает необходимый уровень теплоизоляции.
Древесина легко поддается обработке, что позволяет придавать ей различные размеры и формы для создания разнообразных конструкций. Этот материал классифицируется как биологически разлагаемый и экологически безопасный. У древесины самый низкий углеродный след по сравнению с другими строительными материалами.
Для получения древесины не требуется использование высокоэнергетических видов топлива, как это необходимо для производства пластика, металлов или кирпича. Со временем дерево в природе восстанавливается и возобновляется. При возведении различных объектов древесина в сочетании с другими материалами обеспечивает долговечность, огнеупорные свойства, а также изоляцию от влаги, шума и холодного воздуха.
Ориентация волокон
Уровень теплопроводности варьируется в зависимости от расположения волокон. Каждый вид древесины обладает специфическим коэффициентом теплопроводности вдоль своих волокон, который чаще всего равен 0.4. В условиях сильного мороза древесина подвергается большему промерзанию вдоль волокон по сравнению с поперечным направлением. Это явление можно наблюдать на углах деревянных строений, где они промерзают более интенсивно.
Показатель теплопроводности древесины варьируется в зависимости от способа распила.
Пробковое дерево имеет уникальную характеристику — его коэффициент теплопроводности является самым низким среди различных древесных пород. Однако использование пробки для строительства домов и других зданий нецелесообразно, поскольку она не обладает необходимой прочностью. Тем не менее, для утепления помещений пробка представляет собой идеальный вариант.
Ниже представлена таблица, показывающая теплопроводность древесины в зависимости от уровня влажности и направления волокон.
С ростом влажности и плотности деревянного изделия увеличивается теплопроводность как поперек, так и вдоль волокон. В следующей таблице указаны значения теплопроводности древесины поперек волокон при различных уровнях влажности и температур — как отрицательных, так и положительных.
В наших статьях многократно подчеркивалось, что строительные материалы исторически, а зачастую и в настоящее время, ассоциировались с регионами, где они используются. В России основным строительным материалом стала древесина различных пород, исходя из мест произрастания этих деревьев.
Теплопроводность – исследуем свойство
Древесина является оптимальным выбором для возведения коттеджей, дач и частных домов благодаря тому, что её теплопроводность остается стабильной в широком температурном диапазоне – от -40°C до +40°C. Однако на теплопроводность материалов влияют и другие факторы. Например, уровень влажности оказывает значительное воздействие на данный показатель.
Ниже представлена таблица, которая демонстрирует теплопроводность различных видов древесины:
Разобраться с таблицей несложно: чем ниже коэффициент теплопроводности, тем более эффективным считается материал. Для обозначения данного параметра используется символ «R». Теперь следует обратить внимание на различные виды древесины, для чего мы воспользуемся таблицей.
Виды древесины для строительства
О пробковом дереве сейчас рассматривать не будем, так как использование этого материала для строительства домов может быть достаточно затруднительным. Наилучшим выбором в данном случае является кедр. Он демонстрирует самый низкий коэффициент теплопроводности – 0,095 Вт/(м*С). Коттедж или дача, возведенные из кедрового дерева, будут самыми теплыми по сравнению с постройками из других видов древесины.
Ключевым аспектом является показатель толщины, оказывающий значительное влияние на теплопроводность древесины. Литера «R» обозначает соотношение между толщиной слоя и его теплоизоляционными свойствами. В идеале значение индекса «R» должно колебаться от 3 до 4. Например, для достижения R=3 при возведении дома из кедра, толщина стен должна составлять не менее 30 сантиметров.
Ель также является великолепным выбором для строительства частного жилья, поскольку её теплопроводность составляет 0,110 Вт/(м*С). Для достижения значения R около трех необходимо использовать толщину слоев в диапазоне 33-35 см. Береза, сосна и пихта обладают более низкими теплоизоляционными свойствами — 0,150 Вт/(м*С). Если вы хотите, чтобы ваш дом, коттедж или дача были построены из березы или пихты, стоит заранее позаботиться о соответствующей толщине стен. Чтобы достичь значения R=3, требуется минимальная толщина стен в 45 см.
Безусловно, дубовый дом выглядел бы уникально и роскошно, однако для конструкции с R=3 толщина стенки должна составлять от 55 до 60 см. Также весьма проблематично будет найти рубанок, который сможет обработать древесину толщиной в полметра.
Направление волокон
Коэффициент теплопроводности может варьироваться в зависимости от направления волокон. В таблице представлена информация о некоторых материалах, где указано направление — вдоль или поперек волокон. Обычно теплопроводность вдоль волокон составляет примерно 0.4. В условиях отрицательных температур материал будет замерзать в четыре раза быстрее вдоль волокон, чем поперек. Об этом свидетельствуют промерзшие углы, которые можно наблюдать у множества деревянных строений.
Чтобы лучше понять различия между деревом и другими строительными материалами, стоит ознакомиться с следующим графиком:
Если напротив определенной породы указано «вдоль волокон», важно понимать, что торцы стропил или брусьев могут быстрее подвергаться промерзанию даже при небольших морозах. Такие материалы не предназначены для суровых зимних условий, так как они переносят холод в помещения вдоль волокон. Теперь вернемся к пробковому дереву, которое обладает низким коэффициентом теплопроводности. Применять его в строительстве нецелесообразно, поскольку пробка имеет недостаточную прочность. Однако эта порода идеально подходит для теплоизоляции.
