Jaká je tepelná vodivost dřeva?

Tepelné vlastnosti dřeva, soubor vlastností, které určují schopnost dřeva absorbovat, vést a přemisťovat tepelnou energii. Patří mezi ně tepelná kapacita, tepelná vodivost, tepelná difuzivita a tepelná roztažnost. Tepelné vlastnosti jsou důležité při použití dřeva ve stavebnictví, jsou nezbytné pro výpočet procesů jeho ohřevu, sušení, rozmrazování, mrazení, tepelných ztrát dřevěnými ploty atd.

Tepelná kapacita dřeva

Tepelná kapacita materiálu charakterizuje jeho schopnost akumulovat teplo. Ukazatelem této vlastnosti je měrná tepelná kapacita (c) (c) (c). Měrná tepelná kapacita dřeva nezávisí na druhu, protože složení dřevní hmoty je u všech druhů stejné a při 0 °C pro absolutně suché dřevo je to 1,55 kJ/kg °C. S rostoucí teplotou ( t ) ( t ) ( t ) se měrná tepelná kapacita dřeva mírně zvyšuje; vlhkost dřeva na něj působí mnohem silněji; současný vliv teploty a vlhkosti (W) (W) (W) na tepelnou kapacitu dřeva je znázorněn v diagramu. Zmrazování surového dřeva vede ke snížení tepelné kapacity; tepelná kapacita zmrazeného dřeva je více ovlivněna teplotou než vlhkostí. Měrná tepelná kapacita se stanovuje experimentálně pomocí kalorimetrů.

Diagram měrné tepelné kapacity pro dřevo. Na základě materiálů z knihy: Sergovský P. S., Rasev A. I. Hydrotermální úprava a konzervace dřeva. Moskva, 1987. Diagram měrné tepelné kapacity dřeva. Na základě materiálů z knihy: Sergovský P. S., Rasev A. I. Hydrotermální úprava a konzervace dřeva. Moskva, 1987.

Tepelná vodivost a tepelná difuzivita dřeva

Procesy šíření (přenosu) tepla v materiálu jsou charakterizovány koeficienty tepelné vodivosti a tepelné difuzivity.

Součinitel tepelné vodivosti (λ) (lambda) (λ) charakterizuje intenzitu pohybu tepla v materiálu. Schopnost dřeva vést teplo je ovlivněna jeho hustotou. S rostoucí hustotou suchého dřeva ( ρ 0 ) ( rho _0 ) ( ρ 0 ) se zvyšuje jeho tepelná vodivost, protože dřevní hmota má přibližně 20krát větší tepelnou vodivost než vzduch. Přesný údaj o tepelné vodivosti dřevní hmoty napříč vlákny je 0,42–0,5 W/(m °C), podél vláken 0,65–0,94 W/(m °C). Součinitel tepelné vodivosti dřeva závisí na teplotě, vlhkosti, druhu a směru tepelného toku vzhledem k vláknům.

Závislost tepelné vodivosti dřeva přes vlákno na hustotě v absolutně suchém stavu. Na základě materiálů z knihy: Ugolev B. N. Nauka o dřevě a nauka o lesních komoditách. Moskva, 2007. Závislost tepelné vodivosti dřeva napříč vlákny na hustotě v absolutně suchém stavu. Na základě materiálů z knihy: Ugolev B. N. Nauka o dřevě a nauka o lesních komoditách. Moskva, 2007. Tepelná vodivost v podélném směru je přibližně 1,5–2krát vyšší než v příčném směru, protože mikrofibrily jsou orientovány převážně podél osy buňky. V radiálním a tangenciálním směru je součinitel tepelné vodivosti jehličnatého dřeva a většiny listnatých dřevin prakticky stejný, s výjimkou listnatých dřevin s velkým objemem jádrových paprsků (dub, buk), u kterých je součinitel tepelné vodivosti v radiálním směru. je přibližně o 15 % větší než v tangenciálním směru. Hodnotu součinitele tepelné vodivosti lze určit z diagramu, výpočtem, také pomocí měřičů tepelné vodivosti apod.

Vliv teploty a vlhkosti na hodnotu součinitele tepelné vodivosti ukazuje zobecněný diagram pro březové dřevo [základní hustota (ρ b) (rho_b) (ρ b ​) 500 kg/m 3 ] napříč vlákny. Pro určení součinitele tepelné vodivosti jiných dřevin v různých směrech použijte tento diagram a vzorec:

λ = λ nom ⋅ K ρ ⋅ K x lambda = lambda_ cdot K _ rho cdot K_x λ = λ nom ​ ⋅ K ρ ⋅ K x ​,

kde λ nom lambda_ λ nom ​ – jmenovitá hodnota součinitele tepelné vodivosti podle diagramu; K ρ K_ rho K ρ ​ – koeficient zohledňující vliv základní hustoty dřeva; K x K_x K x – koeficient zohledňující vliv směru tepelného toku.

Součinitele tepelné vodivosti dřeva jsou poměrně malé, jedná se o poměrně dobrý tepelně izolační materiál a je široce používán ve stavebnictví.

Diagram součinitele tepelné vodivosti březového dřeva napříč vláken. Na základě materiálů z knihy: Sergovský P. S., Rasev A. I. Hydrotermální úprava a konzervace dřeva. Moskva, 1987. Diagram součinitele tepelné vodivosti březového dřeva napříč obilím. Na základě materiálů z knihy: Sergovský P. S., Rasev A. I. Hydrotermální úprava a konzervace dřeva. Moskva, 1987. Koeficient tepelné difuzivity (a) (a) (a) charakterizuje rychlost změny teploty materiálu při nestacionárním přenosu tepla (ohřev nebo chlazení). Tepelná difuzivita dřeva je ovlivněna jeho hustotou a vlhkostí. S klesající hustotou absolutně suchého dřeva roste jeho tepelná difuzivita, protože hodnota součinitele tepelné difuzivity vzduchu je přibližně 100x větší než u dřevní hmoty. Zvýšení obsahu volné vody [při vlhkosti nad mez nasycení buněčných stěn (Wp.n) (W_) (Wp.n​)] vede k prudkému poklesu tepelné difuzivity (hodnota koeficientu tepelné difuzivity vody je přibližně 150krát menší než vzduch); v oblasti pod W p. n W_ W p . n ​ vliv vlhkosti na hodnotu aaa není prakticky pozorován, protože hodnoty koeficientů tepelné difuzivity dřevní hmoty a vody jsou velmi blízké.

Závislost součinitelů tepelné vodivosti a tepelné difuzivity borového dřeva na vlhkosti s tepelným tokem v radiálním směru. Na základě materiálů z knihy: Ugolev B. N. Nauka o dřevě a nauka o lesních komoditách. Moskva, 2007. Závislost součinitelů tepelné vodivosti a tepelné difuzivity borového dřeva na vlhkosti s tepelným tokem v radiálním směru. Na základě materiálů z knihy: Ugolev B. N. Nauka o dřevě a nauka o lesních komoditách. Moskva, 2007.

Tepelná roztažnost dřeva

Při zahřívání dochází k tepelné roztažnosti dřeva a je pozorováno zvětšení jeho objemu. Koeficient lineární tepelné roztažnosti ( α ′ ) ( < alpha >^prime ) ( α ′ ) je změna v jednotkové délce tělesa při jeho zahřátí o 1 °C. Lineární tepelná roztažnost napříč vlákny je mnohem větší (někdy 10–15krát) než podél vláken [koeficient lineární tepelné roztažnosti pro suché dřevo je v rozmezí (2,5–5,4) 10 –6 °C –1 ]; v tangenciálním směru – 1,5–1,8krát vyšší než v radiálním směru. Koeficient lineární tepelné roztažnosti podél dřevěných vláken je 0,1–0,3 koeficientu tepelné roztažnosti kovů, betonu a skla. Při zahřívání vlhkého dřeva dochází kromě tepelné roztažnosti napříč vlákny současně k výrazně větší deformaci vlhkostí. Smrštění a bobtnání maskuje čistě teplotní deformace dřeva napříč strukturou, protože změna vlhkosti o 1% v oblasti pod Wp. n W_ W p . n způsobuje deformaci desítkykrát větší než změna teploty o 1 °C.

Publikováno 26. března 2024 v 12:07 (GMT+3). Poslední aktualizace 26. března 2024 v 12:07 (GMT+3). Kontaktujte redakci