Тепло и грунты
Еще в древности люди спасались от холода в землянках и пещерах. Позднее появились деревянные и каменные дома, но сооружения в грунтах и поныне служат человеку. Это связано с тем, что сухие грунты обладают малой теплопроводностью. Давайте сравним между собой ее величину для разных пород. Мы увидим, что относительно воды теплопроводность сухого песка в 3, сухого суглинка в 4, а такого же торфа, в 6 раз меньше.
Однако она увеличивается в 4—10 раз, если грунт становится водонасыщенным. Это происходит от того, что воздух, заполняющий поры, имеет в 28 раз меньшую величину теплопроводности, чем вода. Ученые установили, что чем больше в рыхлом грунте крупных частиц (галечниковых, гравийных и песчаных), тем значительнее величина теплопроводности. Вот почему песок быстрее проводит тепло, чем суглинок.
В скальных грунтах: гранитах, базальтах, известняках, песчаниках и других — проводимость тепла оказывается более высокой. Так, в граните она примерно в 3—7 раз, а в базальте в 2—5 раз выше, чем в воде.
Пожалуй, «чемпион» по теплопроводности — плотные метаморфические породы. Так, кварцит, состоящий из мелкозернистых кристаллов кварца, может почти в 11 раз лучше проводить тепло, чем вода. Положительным свойством грунтов является меньшая способность к проведению тепла сверху вниз (по вертикали) по сравнению с горизонтальным направлением (вдоль пласта), что имеет большое значение при различных природных процессах.
Прежде всего от этого свойства зависит глубина зимнего промерзания массивов. Она колеблется от десятков сантиметров на юге до 3 м на севере. Вместе с тем в одном климатическом районе величина зоны промерзания может значительно изменяться (в случае различной теплопроводности грунтов).
Способность к проведению тепла в некоторой мере определяет глубину проникновения выветривания и процессов образования почв, связанных с колебаниями температуры.
Наконец, от теплопроводности вечномерзлых грунтов в какой-то степени зависит взаимодействие их с фундаментами сооружений. При использовании грунтов для теплоизоляционных целей важна еще одна характеристика — способность грунтов поглощать тепло. Иначе говоря, теплоемкость. Из физики известно, что вода при 20°С обладает довольно высокой теплоемкостью.
Если сравнить с этой величиной способность поглощать тепло различными грунтами, то окажется, что торф имеет в 2, гранит, глина и песок в 5, а гипс в 4 раза меньшую теплоемкость. При этом чем выше их влажность, тем больше и теплоемкость. Если в грунтах увеличивается количество воздуха, который поглощает тепло в 3 раза меньше воды, то теплоемкость грунтов уменьшается. Однако в связи с малым содержанием воздуха его влияние не учитывается. Определение этого показателя имеет важное значение для практики.
Остановимся еще на одной необычной способности грунта — становиться при смачивании источником тепла. Оказывается, если увлажнять сухой глинистый грунт, происходит выделение теплоты смачивания. Она появляется в результате перехода воды в грунте в связанное состояние (точнее, в прочносвязанное).
В песках теплота смачивания не выше 4 Дж на 1 г грунта. Но зато в тяжелых глинах, богатых тонкими частицами, выделяется 32—100 Дж из такого же количества образца.
Разница в количестве образующегося тепла связана с минеральным составом грунтов. Больше всего его выделяют монтмориллонитовые глины, а меньше всего — каолинитовые. Также значительна роль и обменных катионов. Если в породе содержится магний или кальций, то тепловыделение будет большим, чем при содержании калия и натрия.
Но вот обнаружилось, что в сухих лёссовых грунтах при увлажнении выделяется теплота, не только связанная со смачиванием, но и обусловленная разрушением структуры. Причем величина последней часто оказывается преобладающей. Так грунт становится источником тепла.
Источник
Таблица 4 – теплопроводность строительных материалов
Это заключительная, но не последняя, таблица из серии данных по теплопроводности. В этой таблице иллюстрируется теплопроводность строительных материалов для городского строительства — собраны показатели для металла, который широко применяется в строительстве (сталь), для стекла, для чугуна (если у вас есть котел или печь), для фанеры и для других материалов.
Посмотрим на Таблицу 4, в которой указана теплопроводность строительных материалов (некоторые показатели для одних и тех же материалов с различной плотностью):
Можно ли использовать песок в качестве утеплителя? Судя по показателям для сухого песка – да. Если обеспечить защиту песка от влаги, то его можно использовать в тех местах, где требуется одна из его характеристик – негорючесть. Песок используют в качестве теплоизолятора и рассеивающего тепло элемента в так называемых «песчаных ящиках» при проходке дымоходом сквозь перекрытия из сгораемых материалов. Песок в сухом виде принимает избыточное тепло от дымохода (иногда температура может быть до 800-1000 градусов С при горении сажи в дымоходе) и рассеивает его, не давая воспламениться конструкциям перекрытия. Сухой песок может быть использован как в потолочных перекрытиях первого этажа, так и в чердачных перекрытиях.
Если песок намокает, то теплопроводность его резко повышается, и он теряет свои теплоизолирующие свойства.
Группа полимерных материалов, куда входит полимочевина, полиуретановая мастика и полиэтилен, при насыщении их воздухом, демонстрирует завидные показатели по теплопроводности – они весьма низкие. На основе вспененного полиэтилена выпускают ряд теплоизоляторов, которые используются во влажной среде – в подвалах, в воде, в грунте. Ими утепляют трубы и защищают другие коммуникации ниже уровня земли. При этом независимо от степени влажности вспененный полиэтилен сохраняет свои показатели по теплопроводности на уровне 0,05 Вт/(м*С).
Пробка – это суперизолятор. Мало того, что она не боится влаги и очень плохо горит. Так еще и показатели теплопроводности пробки находятся на уровне лучших утеплителей – в районе 0,04-0,05 Вт/(м*С). Пробковая крошка может быть использована как утеплитель в любом месте частного дома, будь то стены или перекрытия. Единственный минус этого натурального утеплителя – цена. Пробка очень дорогая.
Чугун и сталь – два металла, которые широко используются в строительстве и которые можно найти в частном доме. Арматура стен, материал котлов и печей, оконная и дверная фурнитура, запорная арматура в системах водоснабжения и отопления – вот неполный список тех мест, где применяются эти металлы.
И в некоторых из них очень важно, чтобы сталь и чугун обладали отличной теплопроводностью. Например, в системе отопления, радиаторы отдают тепло теплоносителя воздуху комнат дома. Чем лучше теплопроводность сплавов, из которых изготовлены радиаторы, тем выше отдача от мощности установленного теплогенератора. Именно поэтому в радиаторах используются сталь, чугун, медь и алюминий.
Из указанных в таблице строительных материалов также стоит упомянуть торф. При должной влагоизоляции или гидрофобной обработке этот натуральный материал может быть использован как экологически чистый утеплитель для частного дома. Из торфа изготавливают плиты утеплителя, которые затем монтируют в деревянный каркас каркасного дома.
Источник
Свойства песка (глупый вопрос)
Кто как думает:
Если мы в подпол прямо на землю насыпем слой песка толщиной в 70 сантиметров, прямо на песок положим пол (от которого будет идти тепло), то будет ли песок впитывать воду из грунта и поднимать ее к полу?
нет, зато будет проводить тепло. песок не является утеплителем
За счет капилярного эффекта песок будет сосать воду.
Если нижняя граница песка окунута в воду, песок преградой для воды не будет.
Николай76 написал :
нет, зато будет проводить тепло. песок не является утеплителем
Интересно, одни говорят «да», вы говорите «нет»)))
Что касается утеплителя. у песка при низкой влажности теплопроводность в 2 раза ниже, чем у полнотелого кирпича 
то 70 см сухого песка = 140 см. полнотелого кирпича.
обычно на песок кладут гидроизолятор скажем руберойд а потом уже пол , без этого кроме влажности будет еще и пыль
или пленку. вообще в силу общего увлечения утеплением, помните что тепло в пол уходит не хуже чем в стены, так что я бы раз уж есть возможность, утеплился б и оттуда
Капилярный эффект в песке есть, но высота подъема жидкости в поре обратно пропорциональна в какой-то степени (около 4-х по-моему) радиусу, у песка радиус на порядок больше глины. Проведите эксперимент — налейте воды в банку с песком, сверху туалетную бумагу. другой вопрос пар — для него песок прозрачен. Будет возможность конденсироваться — будет влага. Песок — дорогой утеплитель. 5 см пенопласта соответствует 1м кирпича. он не боится воды.
Источник
Спасает ли песчаная подсыпка фундамент от сил морозного пучения? «Нет» — ответит опытный строитель и будет прав
Добрый день, уважаемые гости и подписчики моего канала.
Прежде, чем перейти к сути вопроса, я хотел бы вкратце объяснить, почему грунты увеличиваются в объеме во время воздействия на них отрицательных температур. В этом вопросе ключевую роль играет вода, точнее количество воды, находящейся в грунте или по-другому — влажность грунта.
Кристаллизуясь, она увеличивается в объеме, образуя между частицами грунта линзы, прослойки льда и кристаллы. Частицы грунта раздвигаются и эту массу принято называть — промерзший грунт.
Если взять какой-либо грунт будь-то чернозем, глину, супесь или суглинок в абсолютно сухом состоянии, то они совершенно не покажут никаких свойств пучения, но стоит добавить немного воды как грунт превращается из непучинистого в пучинистый.
Можно сказать так, что чем выше влажность, тем выше коэффициент увеличения грунта в объеме.
Почему песок считается непучинистым грунтом?
На самом деле — всё верно, крупные и средние пески, крупнообломочные и скальные грунты, где пустоты между слоями горных пород составляют менее 10%, являются НЕпучинистыми.
Процесс промерзания песка уже давно изучен и даже если песок перенасыщен влагой, то при воздействии отрицательной температуры происходит отжатие влаги от фронта промерзания вниз, в сторону еще не промерзшего песка. Природа его такова, что в промерзшем состоянии он из-за миграции влаги по капиллярам между гранулами не увеличивается в объеме.
Но, что же тогда в заголовке? Я обманул Вас? А вовсе нет!
Есть огромнейшая разница между подсыпкой из песка и песчаным грунтом, который простирается в глубину и в ширину на десятки метров!
Пески — это грунты с непревзойденной фильтрующей способностью. В песчаных грунтах вода встречает минимум сопротивления, нежели в супесях, суглинках и глинах.
Привожу две иллюстрации, когда конструкция стоит на песчаных грунтах, не подверженных пучению и когда на подсыпке из песка на грунтах, которые подвержены морозному пучению:
Как я уже выше сказал, песчаный грунт является одним из тех грунтов, которые легко фильтруют воду, поэтому сколько бы осадков не выпало, вся вода уйдет глубоко глубоко в песок. Даже если и прихватит мороз после обильного дождя, то за счет быстрой миграции воды ниже фронта промерзания, песок попросту не увеличивается в объеме.
А песчаная подсыпка — это мина замедленного действия.
Вода всегда находит путь с наименьшим сопротивлением, а соответственно она скапливается в пустотах грунта, в песчаных и гравийных прослойках. Она будет находиться в песчаной подсыпке до тех пор, пока не впитается в окружающий грунт с меньшей фильтрующей способностью, таким образом дом будет располагаться фактически на воде и легко может дать усадку.
А если еще и мороз достанет до этого песка насыщенного водой, то будет «мама не горюй»!
В качестве доказательства, можно провести простой эксперимент и в ведро с песком плеснуть пару литров воды, после чего выставить на мороз. По утру, с удивлением обнаружится, что промерзший песок будет располагаться горкой выше края ведра. Разве после этого можно сказать, что песок непучинистый? Это происходит от того, что воде некуда уходить и она замерзла в песке. Таким же эффектом обладает песчаная подсыпка на грунте с меньшей фильтрующей способностью.
Всегда важно рассматривать всю конструкцию в комплексе, а не отдельные свойства каких-либо ее элементов.
Поэтому, если фундамент является фундаментом мелкого заложения, то важно его утеплять и подкладывать утеплители под отмосткой, иначе скопившаяся вода в песке может замерзнуть и велика вероятность появления трещин на стенах дома. А, чтобы отвести воду от основания, делается дренаж вокруг дома, который располагается ниже отметки, на которой была выполнена песчаная подсыпка.
Если это фундаменты глубокого заложения, то под ними вообще не выполняются какие-либо подсыпки, а лишь производится расклинцовка грунта щебнем (уплотнение основания) и реже подбетонка. В случае плохих грунтов с малой несущей способностью, такие грунты полностью извлекаются и замещаются на грунты с высокой несущей способностью.
Так для чего же делают подсыпку песком?
Я с непониманием смотрю на тех строителей, которые заливая фундаменты, подсыпают 10-20 см. песка, которые устанавливают бордюры и подсыпают песчаную подушку под них, тщательно ее трамбуя и веря в то, что песок спасет от морозного пучения.
Как же 10 см песка могут спасти? Если грунт промерзает, то он поднимет любую конструкцию вместе с этим песком.
Друзья, есть расклинцовка щебнем и есть подбетонка, монолитным фундаментам больше ничего не нужно. Другое дело со сборными ЖБИ. Таким конструкциям необходимо выравнивание основания, так как невозможно произвести выемку грунтов идеально ровно и только в этих случаях допускается применение песка, в иных случаях он не нужен.
Итак, в случаях монолитного фундамента:
- Если грунт слабонесущий и требует замены, замещаем его с послойным трамбованием.
- По площади опоры фундамента на грунт выполняем расклинцовку щебнем средней фракции 40-80.
- Выравниваем основание путем сооружения подбетонки (при необходимости).
- Наносим гидроизоляцию на горизонтальную плоскость.
- Ставим опалубку.
- Вяжем каркас из арматуры.
- Укладываем бетон.
- Ждем две недели и снимаем опалубку.
- Наносим гидроизоляцию на стенки фундамента.
- Утепляем.
Источник
Объявление
Песчаная засыпка как накопитель тепла.
Планируется одноэтажный дом 8 на 12 с отоплением от твердотопливного котла типа КЧМ. Расчетные теплопотери порядка 30 Вт/м в среднем за сезон.
Задумка такая.
1. Устроить пол по грунту (грунт — бетонная подготовка — крошка пеностекла — песчаная засыпка — пол).
2. Отопительный контур утопить в песчаную засыпку.
Режим работы такой.
1. Котел включен — трубы греют песок.
2. Котел выключен — песок греет дом.
Похоже на печку, только вместо массива кирпичей используется песчаная засыпка. Целесообразно ли такое решение?
Re: Песчаная засыпка как накопитель тепла.
А из чего дом строить планируется? Если каменный — все уже давно расписано, в том числе и на этом форуме. Краткий вывод — лучше всего использовать в качестве теплоаккумулятора сам дом. Если деревянный, тогда такой вариант не прокатит.
Надо учесть — что топить придется или очень долго, или очень сильно из-за низкой теплопроводности теплоносителя. Т.е. период топки будет длительный, или ставить мощный котел. Тогда топить придется меньше, но очень много 
На печку это ничем не похоже. В печи производится нагрев ограниченного объема кирпича. Вы же будете отапливать неограниченный объем грунта. Второе — нагрев печи происходит непосредственно от горящего топлива. В вашем случае опосредованно — через воду — а значит и температура будет ограничена температурой кипения воды. И третье — печь после окончания топки будет отдавать тепло почти полностью в дом. При нагреве грунта, да еще при утепленном над ним полом вам достанется не слишком много. Следующий недостаток — такой аккумулятор не обеспечит защиту ТТ-котла от перегрева в случае отсутствия электричества, (т.к. система будет принудительной скорее всего) из-за низкой теплопроводности грунта.
Такой аккумулятор хорошо при очень большом избытке тепла, вот если бы у вас была своя ТЭЦ или АЭС — то можно было бы подумать о таком. 
При такой малой площади можно всеръз подумать о гидроаккумуляторе — это куда более реально.
Источник