Исследования теплозащитных свойств местных пород древесины

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 ДС т П. 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:

E =

M э С э ( t в - t p ) C ж ⁽ t p — t 0 )

-

M ж

,

где М э = 57,300 г - масса эталона;

С меди =0,42 кДж/кг К - удельная теплоемкость материала эталона;

t в =71,5°С - температура нагретого эталона;

t p =20,8 °С - равновесная температура калориметра;

С ж - удельная теплоемкость дистиллированной воды, равная 1 ккал/(кг°С) или 4187 Дж/(кг К);

t ₀=19,5 °С - температура калориметра в момент погружения эталона;

М ж =300г - масса дистиллированной воды;

0,0573* 420 *(344,5 - 293,8) ”   4187 *(293,8 - 292,5)

- 0,3 = 0,075 кг =75 г.

Определяем удельную теплоемкость испытуемых образцов по формуле:

С =

(Мж + Е)Сж(tp -t0) -------------MkCk t -t вp

: М 0 ,

где t в - температура нагретой капсулы с образцом, °С;

М к - масса капсулы, г;

С к - удельная теплоемкость материала капсулы, ккал/( кг°С) или Дж/(кг К);

М 0 - масса образца;

Удельная теплоемкость сосны:

t в = 70,6°С       С к =0,42 кДж/(кгК) t ₀=20,6°С          М к =57,300 г

М ₀=5 г         t p =21,8 °С        С ж =4187Дж/(кгК) М_ж =300 г

С сосна

^{(0.3 + 0,075)}*⁴¹⁸⁷*^{(296,8 295,6)} - 420 * 0,0573 / 0,005 = 2912 Дж /( кгК ) 345,6 - 296,8                          _

Удельная теплоемкость лиственницы:

t в = 73,2°С

М 0=5 г

Ск =0,42 кДж/(кгК) t0 =23,2°С         Мк =57,300 г tp =24,5 °С        С ж =4187Дж/(кгК) Мж =300 г

С лис =

(0.3 + 0,075) *4187* (297,5 - 296,2)      ,

420 0,05/3

346,2 - 297,5

Удельная теплоемкость пихты:

t в = 68,7°С       С к =0,42 кДж/(кгК) t ₀=18,7°С

М 0=5 г

t p =19,9 °С

/0,005 = 3432 Дж /( кгК )

М к =57,300 г

С ж =4187Дж/(кгК) М_ж =300 г

С пихта =

(0.3 + 0,075) *4187* (292,9 - 291,7)

341,7 - 292,9

-

420 * 0,0573 / 0,005 = 2909 Дж /( кгК )

Удельная теплоемкость кедра:

t в = 70,5°С       С к =0,42 кДж/(кгК) t ₀ =20,5°С

М к =57,300 г

М 0=5 г

t p =21,8 °С

С ж =4187Дж/(кгК) М_ж =300 г

С кедр =

(0.3 + 0,075) *4187* (294,8 - 293,5)      *

420 0,05 7 3 343,5 - 294,8

/0,005 = 3570 Дж /( кгК )

Удельная теплоемкость осины:

t_в = 71,6°С       С_к =0,42 кДж/(кгК) t ₀=21,6°С          М_к =57,300 г

М0=5 г

С осина ⁼

t_p =22,8°С        С _ж =4187Дж/(кгК) М_ж =300 г

(01 ^{+ 00l}5)2418^ll⁽2958_2946) - 420*0,0573 /0,005 = 2801 Дж. /( ^К )

344,6 - 295,8                          _

Удельная теплоемкость березы:

t_в = 77,3°С       С_к =0,42 кДж/(кгК) t ₀=22,3°С          М_к =57,300 г

М₀=5 г         t_p =23,6°С        С _ж =4187Дж/(кгК) М_ж =300 г

С берез ⁼

(0.3 + 0,075) *4187* (296,6 - 295,3)      *

/0,005 = 2631 Дж /( кгК )

420 0,05/3

350,3 - 296,6

Результаты экспериментальных значений удельной теплоемкости древесных пород и данные СНиП II-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 теплоемкости, 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.