Теплоаккумулирующая способность материалов, то есть способность материала удерживать тепло, оценивается удельной теплоемкостью, т.е. количеством тепла (в кДж), необходимым для повышения температуры одного килограмма материала на один градус. Например, вода имеет удельную теплоемкость, равную 4,19 кДж/(кг*K). Это значит, например, что для повышения температуры 1 кг воды на 1°K требуется 4,19 кДж.
Таблица 1. Сравнение некоторых теплоаккумулирующих материалов
Материал
Плотность, кг/м 3
Теплоемкость, кДж/(кг*K)
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м*K)
Масса ТАМ для теплоаккумулирования 1 ГДж теплоты при Δ= 20 K, кг
Относительная масса ТАМ по отношению к массе воды, кг/кг
Объем ТАМ для теплоаккумулирования 1 ГДж теплоты при Δ= 20 K, м 3
Относительный объем ТАМ по отношению к объему воды, м 3 /м 3
Гранит, галька
1600
0,84
0,45
59500
5
49,6*
4,2
Вода
1000
4,2
0,6
11900
1
11,9
1
Глауберова соль (декагидрат сульфата натрия)*
14600 т 1300 ж
1,92 т 3,26 ж
1,85 т 1,714 ж
3300
0,28
2,26
0,19
Парафин*
786 т
2,89 т
0,498 т
3750
0,32
4,77
0,4
Плотность аккумулирования теплоты в значительной степени зависит от метода аккумулирования и рода теплоаккумулирующего материала. Она может быть аккумулирована в химически связанном виде в топливе. При этом плотность аккумулирования соответствует теплоте сгорания, кВт*ч/кг:
Выбор материалов для дома. Теплоемкость – это комфорт
В доме должно быть теплоемко! Теплоемкость – способность материалов аккумулировать тепло. Теплоемкими называют тяжелые материалы, способные хранить много тепла. Разогреваясь, они действуют как аккумулятор энергии — долго остывают, согревая все вокруг. Наличие таких материалов внутри дома сглаживает скачки температуры и влажности, повышает комфорт.
Какой должна быть температура и влажность в доме
Оптимальная влажность внутри дома — 50 – 60%. Но зимой, при работающем отоплении, происходит осушение воздуха до 40 и даже 30 %. В межсезонье на улице и внутри дома часто повышенная влажность….
Уровень влажности внутри дома на 90% регулируется вентиляцией и сквозняками. Немного пара может просачиваться в обе стороны через ограждающие конструкции дома (2 – 8%).
Скачи влажности внутри помещения происходят резко. Например, при разливе жидкости, или когда пар из кухни, ванной попадает в помещение. Смягчение пиков обеспечивают влагоемкие материалы (тяжелые материалы и дерево) внутри дома. Тем самым создается уют.
Нормальной температурой внутри дома при влажности 55% считается 21 – 23 градуса. Для большинства людей при этом возникает наиболее комфортная обстановка.
Скачки температуры внутри дома происходят по разным причинам. Например, при резком похолодании на улице, открытии наружной двери или окна, при включении-выключении кондиционера, изменении отопления… Тяжелые теплоемкие материалы внутри дома при этом очень быстро отдают тепло воздуху или наоборот поглощают его, сглаживая скачки температуры.
Дом со стенами и перекрытиями из тяжелых материалов приобретает значительную тепловую инерционность.
Какие материалы являются теплоемкими
Чем больше масса нагреваемых внутри дома материалов, тем стабильней температурные (и влажностные) условия внутри дома.
Теплоемкие материалы – это бетон, кирпич, гипс, глина, песок…
Если стены и внутренние перегородки дома сделаны из кирпича или бетона – то комфортные условия в плане паростабильности и температурной стабильности обеспеченны.
Если добавляются бетонные перекрытия – то дом можно назвать очень теплостабильным. Временное отключение отопления не будет серьезной причиной для беспокойства.
Скорость изменения температуры конструкций под внешним воздействием будет зависеть от качества утепления тяжелых материалов.
Строительные материалы с низкой тепловой инерцией это дерево, торф, солома, саман. А современные – сип-панели или подобные соединения дерева и пенопласта.
Дома в старые времена и теперь
Раньше в основном строились деревянные дома. Но посреди них всегда располагалась печь — очень массивный и теплоемкий объект. А дерево неплохо сглаживало влажностные пики. Поэтому деревянные избы были уютными
В современном доме дерево заменили еще более не теплоемким панельным материалом – фанерой с пенопластом. Но тяжелых объектов большой теплоемкости в доме нет. И нечему поглощать влажность, после мойки полов….
В домах из СИП-панелей микроклимат регулируют автоматические системы. Без них человеку (и всему живому) было бы там очень не уютно. Тяжелую разогретую русскую печку заменили микросхемой и моторчиком с крыльчаткой.
Т.е. вентиляция и отопление в СИП-доме должны очень чутко реагировать на малейшие изменения влажности и температуры воздуха. Они должны отслеживать с помощь датчиков обстановку, и постоянно, денно и ношно, работать над приведением ее в норму…
Различия между домами из тяжелых материалов и легкопанельными
Известно, что любой разогретый предмет излучает тепло. И чем больше температура и масса предмета, тем больше тепла он излучает.
В доме из тяжелых материалов, в первую очередь согревает ИК-излучение. Оно исходит от нагретых массивных стен и полов. Поэтому любое выдувание теплого воздуха из помещения здесь проходит не замеченным. Лучевое тепло согревает достаточно, даже когда воздух холодит. Поступивший в помещение холодный воздух быстро нагревается массивными предметами.
В домах, сделанных из пенопластовых панелей, отсутствует достаточное (обычное) количество теплового излучения – инфракрасных лучей. Поэтому там особенно остро ощущается любой сквозняк и перепад температуры.
Хоть автоматическая система вентиляции и кондиционирования и борется с перепадами микролимата, но она не может дать тот особый уют, который предоставляют тяжелые разогретые стены.
А если «умная» систем поломается, то и жить в таком доме будет не возможно. Поэтому в целях поддержания приемлемого для человека микроклимата там предусматривается резервирование электропитания и систем микроклимата…
Считается, что «умные» системы в легких домах справляются с возложенной на них задачей. Иначе люди бы там не жили.
Дом из пенопластовых панелей дешевле. Панели сами по себе не дорогие, фундамент применяется облегченный, сборка происходит за считанные дни. Можно быстро и дешево получить готовый дом.
А вот дальше нужно платить. За постоянную работу вентиляции и кондиционирование воздуха. Без этого ни как. Расходы на электроэнергию и обслуживание хоть и не большие, но постоянные – новый обязательный платеж.
Если суммировать эти расходы за 25 лет, то получиться внушительная сумма. Тогда выяснится, что экономия от приобретения дешевого дома пропала – была съедена вентиляцией.
Также знакомство с недостатками быстроприобетенного дома тет-а-тет радости не доставляет. И это на долгие годы. А самочувствие и настроение измеряются гораздо большими суммами.
Кстати, в рекламе дешевых домов даже не обещают, что в них жить хорошо. Говорят, лишь что это быстро и дешево.
Поэтому стоит ли торопиться? Может лучше медленно, но верно построить дом из тяжелых, теплоемких материалов. А затем утеплить его. Дом будет комфортным, а проветриваться будет любым сквозняком. Ведь для собственного дома уют и экология это главное.
Утепление частного дома. Часть 3
Автор: Дмитрий Белкин
При строительстве теплого дома нужно иметь в виду, что отдельно стоящий дом теряет через стены по разным оценкам всего от 30 до 40 процентов тепла. Это значит, что, если дом уже построен и его характеристики по сохранению тепла вас не удовлетворяют, то дополнительная теплоизоляция стен может и не помочь. В первую очередь, теплоизолировать нужно стены, имеющие недостаточно малую теплопередачу, например, построенные из материалов с высокой теплопроводностью (силикатный кирпич, цементные или бетонные блоки), или стены, имеющие недостаточную толщину. Так, если у вас холодный дом, построенный из дерева, то такие стены достаточно просто проконопатить по-аккуратнее, а если вы живете в холодном доме из пенобетонных или керамзитобетонных блоков, то стоит в первую очередь направить средства на теплоизоляцию потолков и окон.
Для простоты, давайте считать, что ровно посередине. В свою очередь, это значит, что половина стены, в наших условиях, имеет температуру выше нуля. Предположим, затем, что наша стена весит тонну. Следовательно, половина стены весит ровно половину тонны. Самое приятное, что между этой теплой половиной стены и воздухом в комнате происходит процесс теплопередачи, и, если мы удалим весь теплый воздух из нашего помещения, откроем форточку, например, то после закрытия форточки более теплая стена будет отдавать воздуху свое накопленное тепло, притом, тепла будет отдано тем больше, чем будет тяжелее стена и, соответственно, больше сохраненная ей энергия.
Я надеюсь, что теперь понятно, что теплоизоляция внешней стороны стены значительно более предпочтительна, чем теплоизоляция внутри помещения. Действительно, внешняя теплоизоляция смещает ноль градусов по направлению к внешнему краю стены, увеличивая массу теплой части стены, в то время как теплоизоляция внутренней части стены напротив, не дает ей нагреваться и аккумулировать тепло. Помещение с внутренней теплоизоляцией характерно тем, что очень быстро нагревается и так же быстро выветривается при открытой форточке. Тепло-то ведь стенами не накоплено!
Конечно, говорить об аккумулировании тепла внешними стенами мы можем с известной долей условности. Дело в том, что физика процесса теплопередачи говорит, что внешняя стена всегда отдает тепло, а это значит, что и тепло она не аккумулирует, поскольку постоянно его тратит. Это как аккумулятор, который мы постоянно заряжаем, и к которому подключена куча лампочек, которые его постоянно разряжают. Понимаете аналогию? При выключении тока заряда лампочки очень быстро разрядят аккумулятор, просто этот процесс будет не мгновенный и все. Чтобы замедлить процесс разрядки надо повысить емкость аккумулятора, а в случае со стеной нужно увеличивать ее толщину.
Действительно аккумулируют тепло только внутренние стены и массивные предметы, находящиеся в помещении.
Резюме
При устройстве теплого дома нужно следить за тем, чтобы в помещении присутствовали достаточно тяжелые объекты, которые накапливали бы тепло. Это может быть стена, причем внутренняя стена накапливает тепло значительно интенсивнее, чем внешняя, ведь внутренняя стена имеет комнатную температуру по всей толщине! Это может быть монолитная колонна, или нечто не менее тяжелое. Напоминаю, что самым крутым аккумулятором тепла у наших предков, да кое-где и у нас служит кирпичная печь. Вспоминаю, как мы с друзьями топили русскую печь на даче, и она все не грелась, и не грелась, не смотря на то, что огонь просто бушевал в ней, и дров мы потратили огромное количество. Мы так и легли спать в холоде. Зато проснулись под утро от жары. Причем печь накопила столько тепла, что в этот уикенд мы ее больше и не топили. Мы уехали по домам, а она все еще была теплая. Так, если у вас в доме внутреннее утепление и легкие стены, например, из гипсокартона, то есть смысл не экономить на перегородках, и сделать их монолитными.
При устройстве внутренней теплоизоляции ни в коем случае нельзя прокладывать трубы отопления и, особенно водопровода между стеной и теплоизоляцией. Если в случае с отоплением вам грозит только увеличение сумм в счетах за горючее, то водопровод может и замерзнуть!
ВНИМАНИЕ. Личный опыт!
Один мой знакомый (сосед) купил деревянный дом. Причем в первую же зиму выяснилось, что рабочие сэкономили на пакле. Короче говоря, вообще ее не положили. Дело осложнялось еще тем, что брусья были пригнаны довольно плотно и нормально проконопатить дом не представлялось возможным. Я предложил соседу утеплить дом снаружи минеральной ватой. Так он и сделал. Кроме того, он устроил в своем доме и внутреннюю теплоизоляцию из пенопласта толщиной 3 см. Затем стены с внутренней стороны были покрыты гипсокартоном в один слой. В итоге, как ни странно, даже в самый сильный мороз в доме не закрывается форточка, а батареи отопления никогда не нагреваются выше 60 градусов. Справедливости ради хочу отметить, что окна использованы с двухкамерными стеклопакетами, а под форточкой имеется в виду маленькая щелка в откидной части окна. Отопление сделано с использованием циркуляционного насоса, что не мало важно!
Вот, пожалуйста! Перед вами случай, когда теория расходится с практикой. Получается, что один жалкий слой гипсокартона делает жилище очень даже комфортным. Я неоднократно предлагал соседу просверлить дырку в его гипсокартоне и сунуть в эту дырку градусник, чтобы проверить вышеизложенную теорию, но он, почему-то, отказывается.
В следующей статье я рассмотрю вопросы влажности воздуха в помещении.
ВНИМАНИЕ.
Этот материал был написан очень давно! Сведения, которые здесь изложены могли уже измениться!
Теплоаккумулирующий камин как отопительный прибор. Может ли он заменить котельную?
По статистике каждый второй застройщик задумывается о строительстве дома с низким энергопотреблением. И если система отопления обычных частных домов устроена на базе отопительного котла, то в хорошо утепленных зданиях с ролью единственного отопительного прибора может справиться теплоаккумулирующий камин, да так, что ни одна калория тепла не пропадет даром
Достоинства
В отличие от печи камин предполагает возможность наблюдать за горящими дровами. Однако КПД устройства с открытой топкой минимален, так что для здания с низким уровнем энергопотребления такой вариант не годится. Поэтому если домовладелец стремится использовать камин не только как составляющую домашнего уюта, но и как источник тепла, то ему нужно приобрести устройство с закрытой топкой, оснащенной дверцей с жаростойким стеклом. Если же есть желание превратить камин в эффективный отопительный прибор, то стоит остановить выбор на теплоаккумулирующем камине. В чем его отличие от обычного?
Благодаря ряду конструктивных решений он способен обогревать помещение не только тогда, когда в топке горят дрова, но и спустя долгое время после того, как они прогорели. Интервал между закладками дров может достигать 8–32 ч в зависимости от типа камина. Камин, который хорошо протопили утром, будет поддерживать комфортную температуру как минимум до вечера. Таким образом, в холодное время года подобное устройство можно использовать как эффективный, а в межсезонье — как единственный источник тепла в помещении, тем самым экономя на отоплении здания с помощью котельного оборудования.
Теплоаккумулирующий камин позволяет поддерживать необходимую температуру в доме при внезапном отключении электроэнергии или перебоях с подачей газа либо дизельного топлива. КПД такого отопительного прибора достигает 85%
Обычные камины со стальной топкой быстро прогревают помещение, но без регулярного добавления дров не позволяют в течение долгого времени поддерживать в нем необходимую температуру. Теплоаккумулирующий камин дает возможность один раз сжечь топливо, а затем за счет накопления тепла материалом, из которого он изготовлен, длительное время обогревать дом. Чем больше масса теплоаккумулирующего материала, тем дольше и равномернее он будет отдавать тепло. Так, камины из талькомагнезита весом около 1000 кг способны отапливать помещение в течение 16–18 ч, а весом более 2500 кг — до 32–34 ч. Правда, тяжелый камин приходится дольше разогревать: понадобится 4–5 закладок дров. Накопление тепла происходит в значительной степени благодаря предусмотренным в каминах дымовым каналам. Они спроектированы таким образом, чтобы максимально использовать тепло дымовых газов: их температура на выходе из каналов составляет около 150–180ºС. Дальнейшее понижение их температуры привело бы к потере тяги.
Важно выбрать место для установки дымохода еще на этапе проекта, чтобы впоследствии избежать дополнительных расходов на фундамент или усиление перекрытия
Топка
Каким образом камин может столь долго обогревать помещение? Это происходит за счет того, что в его конструкции предусмотрены элементы, которые способны накапливать тепло. Прежде всего хранить тепло может сама топка, когда она изготовлена из теплоемкого материала и имеет значительную массу. В частности, высокой теплоаккумулирующей способностью обладает печной шамот, огнеупорная глина. Обратите внимание: на нашем рынке широко представлен индустриальный шамот, предназначенный для применения в качестве огнестойкого негорючего материала в конструкциях промышленного назначения (чаще всего речь идет о продукции отечественных заводов). И для топок он не подходит. Допустимо использовать только шамот, разработанный специально для печных работ, то есть способный длительное время выдерживать высокие температуры и частые перепады температур в большом диапазоне. Шамотные топки изготавливают из плит толщиной, как правило, 60–90 мм, соединяемых между собой по принципу «шип — паз» и фиксируемых раствором, температурное расширение которого соответствует температурному расширению плит. По мнению специалистов, кирпич непригоден для кладки топок, несмотря на керамическое «родство» с шамотом. Из-за высокого содержания кварца и отсутствия добавок шамота (его материал — легкоплавкая глина) кирпич неустойчив к температурам, которые достигаются в топке, и к значительным перепадам температур.
Эффективность обычных металлических топок можно повысить облицовкой плитами из шамота, талькомагнезита или другого теплонакопительного материала
‘>
Дымовые каналы на выходе из топки делают оборот и в нижней части устройства подсоединяются к дымоходу
Высокими теплоаккумулирующими способностями обладают природные камни вулканического происхождения — талькомагнезит и талькохлорит. Топки из этих материалов представляют собой, как правило, каркас из плит толщиной 60–90 мм, соединенных при помощи металлических скоб и специального клея на основе жидкого стекла. Обычно топки футерованы шамотными плитами. Достаточно хорошо накапливает тепло и чугун. Чугунные топки тоже футерованы шамотом. Впрочем, в теплонакопительных каминах используют и топки из жаропрочной стали (опять же защищенные изнутри шамотными плитами). Сталь не обладает высокой теплоаккумулирующей способностью, а потому накопление тепла в таких отопительных приборах осуществляется не за счет топки, а другими способами. Еще несколько слов о топке. В зданиях с низким уровнем энергопотребления рекомендуют предусматривать возможность забора воздуха, необходимого для горения топлива, из другого помещения, чтобы не обеднять кислородом комнату, где установлен отопительный прибор. На рынке представлены камины, имеющие особую дверцу и специальный патрубок для забора воздуха, который посредством канала может соединяться с подвалом или коридором.
Выбор камина
Если домовладелец предполагает использовать камин как устройство для обогрева, то необходимо еще на стадии проекта коттеджа рассчитать, каков будет объем помещения, которое планируется отапливать, и каковы будут потери тепла на 1 м². И на основании этого выбрать мощность отопительного прибора. Важно сделать такой расчет еще на этапе проекта, чтобы при строительстве здания предусмотреть фундамент для обладающих значительной массой дымовых каналов, а также соответствующую камину конструкцию дымохода, возможность забора воздуха для горения топлива из другого помещения и пр. Кроме того, на этом этапе следует определить оптимальное место для камина в комнате. Обратите внимание: не стоит располагать его вблизи наружной стены, иначе неизбежны потери тепла.
Дымовые каналы
Повысить эффективность камина позволяют предусмотренные в нем устройства, которые отбирают тепло при выходе дымовых газов из топки. Наиболее действенное решение — пристраивать к топке систему дымовых каналов, выполненных из теплоаккумулирующего материала. И тогда горячие газы не направляются сразу же в дымоход, а попадают в каналы и, двигаясь по ним, отдают их стенкам свое тепло. На выходе из каналов дымовые газы оказываются в дымоходе. Конфигурация, длина и сечение каналов зависят от разных факторов, в том числе от материала, размера, геометрии топки, от конструктивных особенностей камина и пр. Чем больше масса этого сооружения, тем больше тепла оно может накопить.
В современных каминах часто используют технологию двойного сжигания топлива, которая повышает КПД устройства и сокращает выброс углекислого газа в атмосферу
‘>
В выполненной из шамота топке пристроен «лабиринт» из шамотных дымовых каналов для аккумуляции тепла
К шамотным, стальным и чугунным топкам обычно пристраивают каналы из печного шамота. Обратите внимание: допустимо подсоединять их только к тем металлическим конструкциям, в технической документации к которым указано, что температура дымовых газов на выходе из топки составляет 540–700°С (такие устройства имеют специальный теплоизолированный купол для работы в условиях очень высокой температуры). Для топок стандартных размеров подходят шамотные дымовые каналы сечением 180 × 180 мм и толщиной 25–40 мм. Благодаря большому количеству фасонных шамотных элементов можно создавать «лабиринты» из каналов разнообразной конфигурации. Плиты для обустройства каналов стыкуют между собой по тому же принципу, что и плиты, из которых изготавливают шамотные топки. Толщина плит — 30–40 мм. Длина «лабиринтов» обычно составляет 1,5–6 м.
В случае каминов с топками из талькомагнезита или талькохлорита дымовые каналы делают из того же материала, что и каркас топки. Толщина плит, используемых для устройства каналов, — 60 мм. Соединяют их скобами и клеем. Сечение конструкций, пристраиваемых к небольшим каминам, — чаще всего 150 × 150 мм. У таких отопительных приборов на выходе из верхней части топки предусматривают один или два канала, которые делают оборот, уходят вниз и в нижней части камина подсоединяются к дымоходу (притом два канала на входе в дымоход объединяются в один).
Менее эффективное решение в сравнении с дымовыми каналами — устанавливать на стальных и чугунных топках определенных типов дополнительные аккумуляторы тепла. Это хвостовые или конвективные поверхности нагрева из металла (сталь или чугун) или шамота. Поскольку их закрепляют поверх топки, для них существуют ограничения по массе (в зависимости от материала, размера топки и пр.), чем и объясняются их не самые высокие отопительные способности.
Дымовую трубу нужно очищать от сажи (как правило, не реже двух раз в год), используя стальные, полимерные или комбинированные щетки
Теплоаккумулирующий камин – это камин с большим подом, имеющий современный внешний вид и обогревающий помещение мягко, без перегрева. Его преимущество в том, что, придя вечером домой после работы, вы находите комнату все еще теплой, ведь камин продолжает излучать тепло. К тому же он не высушивает воздух и не способствует образованию вихревых потоков пыли. Особенностями такого камина являются панорамное стекло и теплоаккумулирующая конструкция из печного шамота, позволяющая максимально использовать тепло, выделяющееся при сгорании дров. Это достигается благодаря, во-первых, самому материалу, обладающему высокой теплоаккумулирующей способностью, во-вторых, «лабиринту» дымовых каналов, отбирающих тепло у дымовых газов, и, в-третьих, подовому принципу сжигания топлива, когда в топку подается воздух в том объеме, который нужен для эффективного сгорания топлива.
Внешняя оболочка
Еще одно решение, позволяющее камину накапливать тепло, — установка внешней оболочки из теплоаккумулирующего материала: шамота, кафеля, талькомагнезита, талькохлорита. В качестве экономичного варианта оболочки может выступать кирпич. Создавая наружный контур камина, можно комбинировать разные материалы, например облицовывать шамотные плиты печными изразцами или использовать талькохлорит либо талькомагнезит. В зависимости от конструктивного решения производителя топки или камина, оболочку пристраивают с воздушным зазором или без него. Обычно оболочка, предполагающая зазор, является самонесущей.
