Толщина промерзания стен из различных материалов: Расчет толщины стены по теплопроводности из разных материалов

Расчет толщины стены по теплопроводности из разных материалов

Чтобы определить, какой толщины возводить стену при постройке дома, нужно научиться рассчитать теплопроводность стен. Этот показатель зависит от используемых строительных материалов, климатических условий.

Нормы толщины стен в южных и северных регионах будут различаться. Если не сделать расчет до начала строительства, то может оказаться так, что в доме зимой будет холодно и сыро, а летом слишком влажно.

Чтобы этого избежать, нужно высчитать коэффициент сопротивления теплопередачи материала для постройки стен и утеплителя.

Для чего нужен расчет

Толщина стен в южных и северных широтах должна отличаться

Чтобы сэкономить на отоплении и способствовать созданию здорового микроклимата в помещении, нужно правильно рассчитать толщину стен и утеплительных материалов, которые будем использовать при строительстве. По закону физики, когда на улице холодно, а в помещении тепло, то через стену и кровлю тепловая энергия выходит наружу.

Если неправильно рассчитать толщину стен, сделать их слишком тонкими и не утеплить, это приведет к негативным последствиям:

• зимой стены будут промерзать;
• на обогрев помещения будут затрачиваться значительные средства;
• сместиться точка росы, что приведет к образованию конденсата и влажности в помещении, заведется плесень;
• летом в доме будет так же жарко, как и под палящим солнцем.

Чтобы избежать этих неприятностей, нужно перед началом строительства просчитать показатели теплопроводности материала и определиться, какой толщины возводить стену, и каким теплосберегающим материалом ее утеплять.

От чего зависит теплопроводность

Проводимость тепла во многом зависит от материала стен

Проводимость тепла рассчитывают исходя из количества тепловой энергии, проходящей через материал площадью 1 кв. м. и толщиной 1 м при разнице температур внутри и снаружи в один градус. Испытания проводят в течение 1 часа.

Проводимость тепловой энергии зависит от:

• физических свойств и состава вещества;
• химического состава;
• условий эксплуатации.

Теплосберегающими считаются материалы с показателем менее 17 ВТ/ (м·°С).

Выполняем расчеты

Сопротивление передаче тепла должно быть больше минимума, указанного в нормативах

Расчет толщины стен по теплопроводности является важным фактором в строительстве. При проектировании зданий архитектор рассчитывает толщину стен, но это стоит дополнительных денег. Чтобы сэкономить, можно разобраться, как рассчитать нужные показатели самостоятельно.

Скорость передачи тепла материалом зависит от компонентов, входящих в его состав. Сопротивление передачи тепла должно быть больше минимального значения, указанного в нормативном документе «Тепловая изоляция зданий».

Рассмотрим, как рассчитать толщину стены в зависимости от применяемых в строительстве материалов.

Формула расчета:

R=δ/ λ (м2·°С/Вт), где:

δ это толщина материала, используемого для строительства стены;

λ показатель удельной теплопроводности, рассчитывается в (м2·°С/Вт).

Когда приобретаете стройматериалы, в паспорте на них обязательно должен быть указан коэффициент теплопроводности.

Значения параметров для жилых домов указаны в СНиП II-3-79 и СНиП 23-02-2003.

Допустимые значения в зависимости от региона

Минимально допустимое значение проводимости тепла для различных регионов указано в таблице:

№	Показатель теплопроводности	Регион
1	2 м2•°С/Вт	Крым
2	2,1 м2•°С/Вт	Сочи
3	2,75 м2•°С/Вт	Ростов—на—Дону
4	3,14 м2•°С/Вт	Москва
5	3,18 м2•°С/Вт	Санкт—Петербург

У каждого материала есть свой показатель проводимости тепла. Чем он выше, тем больше тепла пропускает через себя этот материал.

Показатели теплопередачи для различных материалов

Величины проводимости тепла материалами и их плотность указаны в таблице:

Материал	Величина теплопроводности	Плотность
Бетонные	1,28—1,51	2300—2400
Древесина дуба	0,23—0,1	700
Хвойная древесина	0,10—0,18	500
Железобетонные плиты	1,69	2500
Кирпич с пустотами керамический	0,41—0,35	1200—1600

Теплопроводность строительных материалов зависит от их плотности и влажности. Одни и те же материалы, изготовленные разными производителями, могут отличаться по свойствам, поэтому коэффициент нужно смотреть в инструкции к ним.

Расчет многослойной конструкции

При расчете многослойной конструкции суммируйте показатели теплосопротивляемости всех материалов

Если стену будем строить из различных материалов, допустим, кирпич, минеральная вата, штукатурка, рассчитывать величины следует для каждого отдельного материала. Зачем полученные числа суммировать.

В этом случае стоит работать по формуле:

Rобщ= R1+ R2+…+ Rn+ Ra, где:

R1-Rn- термическое сопротивление слоев разных материалов;

Ra.l– термосопротивление закрытой воздушной прослойки. Величины можно узнать в таблице 7 п. 9 в СП 23-101-2004. Прослойка воздуха не всегда предусмотрена при постройке стен. Подробнее о расчетах смотрите в этом видео:

На основании этих подсчетов можно сделать вывод о том, можно ли применять выбранные стройматериалы, и какой они должны быть толщины.

Последовательность действий

Первым делом, нужно выбрать строительные материалы, которые будете использовать для постройки дома. После этого рассчитываем термическое сопротивление стены по описанной выше схеме. Полученные величины следует сравнивать с данными таблиц. Если они совпадают или оказываются выше, хорошо. 

Если величина ниже, чем в таблице, тогда нужно увеличить толщину  утеплителя или стены, и снова выполнить подсчет. Если в конструкции присутствует воздушная прослойка, которая вентилируется наружным воздухом, тогда в учет не следует брать слои, находящиеся между воздушной камерой и улицей.

Как выполнить подсчеты на онлайн калькуляторе

Чтобы получить нужные величины, стоит ввести в онлайн калькулятор регион, в котором будет эксплуатироваться постройка, выбранный материал и предполагаемую толщину стен.

В сервис занесены сведения по каждой отдельной климатической зоне:

• t воздуха;
• средняя температура в отопительный сезон;
• длительность отопительного сезона;
• влажность воздуха.

Температура и влажность внутри помещения – одинаковы для каждого региона

Сведения, одинаковые для всех регионов:

• температура и влажность воздуха внутри помещения;
• коэффициенты теплоотдачи внутренних, наружных поверхностей;
• перепад температур.

Чтобы дом был теплым, и в нем сохранялся здоровый микроклимат, при выполнении строительных работ нужно обязательно выполнять расчет теплопроводности материалов стены. Это несложно сделать самостоятельно или воспользовавшись онлайн калькулятором в интернете. Подробнее о том, как пользоваться калькулятором, смотрите в этом видео:

Для гарантировано точного определения толщины стен можно обратиться в строительную компанию. Ее специалисты выполнят все необходимые расчеты согласно требованиям нормативных документов.

Толщина наружных стен дома с примером расчета на газобетоне

Методический материал для самостоятельного расчета толщины стен дома с примерами и теоретической частью.

Часть 1. Сопротивление теплопередаче – первичный критерий определения толщины стены

Чтобы определится с толщиной стены, которая необходима для соответствия нормам энергоэффективности, рассчитывают сопротивление теплопередаче проектируемой конструкции, согласно раздела 9 «Методика проектирования тепловой защиты зданий» СП 23-101-2004.

Сопротивление теплопередаче – это свойство материала, которое показывает, насколько способен удерживать тепло данный материал. Это удельная величина, которая показывает насколько медленно теряется тепло в ваттах при прохождении теплового потока через единичный объем при перепаде температур на стенках в 1°С. Чем выше значение данного коэффициента – тем «теплее» материал.

Все стены (несветопрозрачные ограждающие конструкции) считаются на термоспротивление по формуле:

R=δ/λ (м²·°С/Вт), где:

δ – толщина материала, м;

λ — удельная теплопроводность, Вт/(м ·°С) (можно взять из паспортных данных материала либо из таблиц).

Полученную величину R_общ сравнивают с табличным значением в СП 23-101-2004.

Чтобы ориентироваться на нормативный документ необходимо выполнить расчет количества тепла, необходимого для обогрева здания. Он выполняется по СП 23-101-2004, получаемая величина «градусо·сутки». Правила рекомендуют следующие соотношения.

Таблица 1. Уровни теплозащиты рекомендуемых ограждающих конструкций наружных стен

Материал стены		Сопротивление теплопередаче (м2·°С/Вт) / область применения (°С·сут)
конструкционный	теплоизоляционный	Двухслойные с наружной теплоизоляцией	Трехслойные с изоляцией в середине	С невентили- руемой атмосферной прослойкой	С вентилируемой атмосферной прослойкой
Кирпичная кладка	Пенополистирол	5,2/10850	4,3/8300	4,5/8850	4,15/7850
	Минеральная вата	4,7/9430	3,9/7150	4,1/7700	3,75/6700
Керамзитобетон (гибкие связи, шпонки)	Пенополистирол	5,2/10850	4,0/7300	4,2/8000	3,85/7000
	Минеральная вата	4,7/9430	3,6/6300	3,8/6850	3,45/5850
Блоки из ячеистого бетона с кирпичной облицовкой	Ячеистый бетон	2,4/2850	—	2,6/3430	2,25/2430
Примечание. В числителе (перед чертой) – ориентировочные значения приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены, в знаменателе (за чертой) — предельные значения градусо-суток отопительного периода, при которых может быть применена данная конструкция стены.

Полученные результаты необходимо сверить с нормами п. 5. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

Также следует учитывать климатические условия зоны, где возводится здание: для разных регионов разные требования из-за разных температурных и влажностных режимов. Т.е. толщина стены из газоблока не должна быть одинаковой для приморского района, средней полосы России и крайнего севера. В первом случае необходимо будет скорректировать теплопроводность с учетом влажности (в большую сторону: повышенная влажность снижает термосопротивление), во втором – можно оставить «как есть», в третьем – обязательно учитывать, что теплопроводность материала вырастет из-за большего перепада температур.

Часть 2. Коэффициент теплопроводности материалов стен

Коэффициент теплопроводности материалов стен – эта величина, которая показывает удельную теплопроводность материала стены, т.е. сколько теряется тепла при прохождении теплового потока через условный единичный объем с разницей температур на его противоположных поверхностях в 1°С. Чем ниже значение коэффициента теплопроводности стен – тем здание получится теплее, чем выше значение – тем больше придется заложить мощности в систему отопления.

По сути, это величина обратная термическому сопротивлению, рассмотренному в части 1 настоящей статьи. Но это касается только удельных величин для идеальных условий. На реальный коэффициент теплопроводности для конкретного материала влияет ряд условий: перепад температур на стенках материала, внутренняя неоднородная структура, уровень влажности (который увеличивает уровень плотности материала, и, соответственно, повышает его теплопроводность) и многие другие факторы. Как правило, табличную теплопроводность необходимо уменьшать минимум на 24% для получения оптимальной конструкции для умеренных климатических зон.

Часть 3. Минимально допустимое значение сопротивления стен для различных климатических зон.

Минимально допустимое термосопротивление рассчитывается для анализа теплотехнических свойств проектируемой стены для различных климатических зон. Это нормируемая (базовая) величина, которая показывает, каким должно быть термосопротивление стены в зависимости от региона. Сначала вы выбираете материал для конструкции, просчитываете термосопротивление своей стены (часть 1), а потом сравниваете с табличными данными, содержащимися в СНиП 23-02-2003. В случае, если полученное значение окажется меньше установленного правилами, то необходимо либо увеличить толщину стены, либо утеплить стену теплоизоляционным слоем (например, минеральной ватой).

Согласно п. 9.1.2 СП 23-101-2004, минимально допустимое сопротивление теплопередаче R_о (м²·°С/Вт) ограждающей конструкции рассчитывается как

R_о = R₁+ R₂+R₃, где:

R₁=1/α_вн, где α_вн – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций, Вт/(м² × °С), принимаемый по таблице 7 СНиП 23-02-2003;

R₂ = 1/α_внеш, где α_внеш — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, Вт/(м² × °С), принимаемый по таблице 8 СП 23-101-2004;

R₃ – общее термосопротивление, расчет которого описан в части 1 настоящей статьи.

При наличии в ограждающей конструкции прослойки, вентилируемой наружным воздухом, слои конструкции, расположенные между воздушной прослойкой и наружной поверхностью, в этом расчете не учитываются. А на поверхности конструкции, обращенной в сторону вентилируемой воздухом снаружи прослойки, следует принимать коэффициент теплоотдачи α_внеш равным 10,8 Вт/(м²·°С).

Таблица 2. Нормируемые значения термосопротивления для стен по СНиП 23-02-2003.

Жилые здания для различных регионов РФ	Градусо-сутки отопительного периода, D, °С·сут	Нормируемые значения сопротивления теплопередаче , R, м2·°С/Вт, ограждающих конструкций для стен
Астраханская обл., Ставропольский край, Краснодарский край	2000	2,1
Белгородская обл., Волгоградская обл.	4000	2,8
Алтай, Красноярский край, Москва, Санкт Петербург, Владимирская обл.	6000	3,5
Магаданская обл.	8000	4,2
Чукотка, Камчатская обл., г. Воркута	10000	4,9
	12000	5,6

Уточненные значения градусо-суток отопительного периода,  указаны в таблице 4.1 справочного пособия к СНиП 23-01-99* Москва, 2006.

Часть 4. Расчет минимально допустимой толщины стены на примере газобетона для Московской области.

Рассчитывая толщину стеновой конструкции, берем те же данные, что указаны в Части 1 настоящей статьи, но перестраиваем основную формулу: δ = λ·R, где δ – толщина стены, λ – теплопроводность материала, а R – норма теплосопротивления по СНиП.

Пример расчета минимальной толщины стены из газобетона с теплопроводностью 0,12 Вт/м°С в Московской области со средней температурой внутри дома в отопительный период +22°С.

1. Берем нормируемое теплосопротивление для стен в Московском регионе для температуры +22°C: R_req= 0,00035·5400 + 1,4 = 3,29 м²°C/Вт
2. Коэффициент теплопроводности λ для газобетона марки D400 (габариты 625х400х250 мм) при влажности 5% = 0,147 Вт/м∙°С.
3. Минимальная толщина стены из газобетонного камня D400: R·λ = 3,29·0,147 Вт/м∙°С=0,48 м.

Вывод: для Москвы и области для возведения стен с заданным параметром теплосопротивления нужен газобетонный блок с габаритом по ширине не менее 500 мм , либо блок с шириной 400 мм и последующим утеплением (минвата+оштукатуривание, например), для обеспечения характеристик и требований СНиП в части энергоэффективности стеновых конструкций.

Таблица 3. Минимальная толщина стен, возводимых из различных материалов, соответствующих нормам теплового сопротивления согласно СНиП.

Материал	Толщина стены, м	Тепло- проводность,  Вт/м∙°С	Прим.
Керамзитоблоки	0,46	0,14	Для строительства несущих стен используют марку не менее D400.
Шлакоблоки	0,95	0,3-0,5
Силикатный кирпич	1,25	0,38-0,87
Газосиликатные блоки d500	0,40	0,12-0,24	Использую марку от D400 и выше для домостроения
Пеноблок	0,20-0.40	0,06-0,12	строительство только каркасным способом
Ячеистый бетон	От 0,40	0,11-0,16	Теплопроводность ячеистого бетона прямо пропорциональна его плотности: чем «теплее» камень, тем он менее прочен.
Арболит	0,23	0,07 – 0,17	Минимальный размер стен для каркасных сооружений
Кирпич керамический полнотелый	1,97	0,6 – 0,7
Песко-бетонные блоки	4,97	1,51	При 2400 кг/м³ в условиях нормальной температуры и влажности воздуха.

Часть 5. Принцип определения значения сопротивления теплопередачи в многослойной стене.

Если вы планируете построить стену из нескольких видов материала (например, строительный камень+минеральный утеплитель+штукатурка), то R рассчитывается для каждого вида материала отдельно (по этой же формуле), а потом суммируется:

R_общ= R₁+ R₂+…+ R_n+ R_a.l где:

R₁-R_n — термосопротивления различных слоев

R_a.l – сопротивление замкнутой воздушной прослойки, если она присутствует в конструкции (табличные значения берутся в СП 23-101-2004, п. 9, табл. 7)

Пример расчета толщины минераловатного утеплителя для многослойной стены (шлакоблок — 400 мм, минеральная вата — ? мм, облицовочный кирпич — 120 мм) при значении сопротивления теплопередаче 3,4 м²*Град С/Вт (г. Оренбург).

R=Rшлакоблок+Rкирпич+Rвата=3,4

Rшлакоблок = δ/λ = 0,4/0,45 = 0,89 м²×°С/Вт

Rкирпич = δ/λ = 0,12/0,6 = 0,2 м²×°С/Вт

Rшлакоблок+Rкирпич=0,89+0,2 = 1,09 м²×°С/Вт (<3,4).

Rвата=R-(Rшлакоблок+Rкирпич) =3.4-1,09=2,31 м²×°С/Вт

δвата=Rвата·λ=2,31*0,045=0,1 м=100 мм (принимаем λ=0,045 Вт/(м×°С) – среднее значение теплопроводности для минеральной ваты различных видов).

Вывод: для соблюдения требований по сопротивлению теплопередачи можно использовать керамзитобетонные блоки в качестве основной конструкции с облицовкой ее керамическим кирпичом и прослойкой из минеральной ваты теплопроводностью не менее 0,45 и толщиной от 100 мм.

Таблица теплопроводности строительных материалов

Таблица теплопроводности строительных материалов необходима при проектировании защиты здания от теплопотерь согласно нормативам СНиП от 2003 года под номером 23-02. Этими мероприятиями обеспечивается снижение эксплуатационного бюджета, поддержание круглогодичного комфортного микроклимата внутри помещений. Для удобства пользователей все данные сведены в таблицы, даны параметры для нормальной эксплуатации, условий повышенной влажности, так как, некоторые материалы при увеличении этого параметра резко снижают свойства.

Теплопотери сквозь конструкционные материалы

Теплопроводность является одним из способов потерь тепла жилыми помещениями. Эта характеристика выражается количеством тепла, способным проникнуть сквозь единицу площади материала (1 м²) за секунду при стандартной толщине слоя (1 м). Физики объясняют выравнивание температур различных тел, объектов путем теплопроводности природным стремлением к термодинамическому равновесию всех материальных веществ.

Таким образом, каждый индивидуальный застройщик, отапливая помещение в зимний период, получает потери тепловой энергии, уходящей из жилища сквозь наружные стены, полы, окна, кровлю. Чтобы сократить расход энергоносителя для обогрева помещений, сохранив внутри них комфортный для эксплуатации микроклимат, необходимо рассчитать толщину всех ограждающих конструкций на этапе проектирования. Это позволит сократить бюджет строительства.

Таблица теплопроводности строительных материалов позволяет использовать точные коэффициенты для стеновых конструкционных материалов. Нормативы СНиП регламентируют сопротивление фасадов коттеджа передаче тепла холодному воздуху улицы в пределах 3,2 единиц. Перемножив эти значения, можно получить необходимую толщину стены, чтобы определиться с количеством материала.

Например, при выборе ячеистого бетона с коэффициентом 0,12 единиц достаточно кладки в один блок длиной 0,4 м. используя более дешевые блоки из этого же материала с коэффициентом 0,16 единиц, потребуется сделать стену толще – 0,52 м. Коэффициент теплопроводности сосны, ели составляет 0,18 единиц. Поэтому, для соблюдения условия сопротивления теплопередаче 3,2, потребуется 57 см брус, которого не существует в природе. При выборе кирпичной кладки с коэффициентом 0,81 единица толщина наружных стен грозит увеличением до 2,6 м, железобетонных конструкций – до 6,5 м.

На практике стены изготавливают многослойными, закладывая внутрь слой утеплителя или обшивая теплоизолятором наружную поверхность. У этих материалов коэффициент теплопроводности гораздо ниже, что позволяет уменьшить толщину многократно. Конструкционный материал обеспечивает прочность здания, теплоизолятор снижает теплопотери до приемлемого уровня. Современные облицовочные материалы, используемые на фасадах, внутренних стенах, так же обладают сопротивлением теплопотерям. Поэтому, в расчетах учитываются все слои будущих стен.

Вышеуказанные расчеты будут неточными если не учесть наличие в каждой стене коттеджа светопрозрачных конструкций. Таблица теплопроводности строительных материалов в нормативах СНиП обеспечивает легкий доступ к коэффициентам теплопроводности данных материалов.

Пример расчета толщины стены по теплопроводности

При выборе типового или индивидуального проекта застройщик получает комплект документации, необходимый для возведения стен. Силовые конструкции в обязательном порядке просчитаны на прочность с учетом ветровых, снеговых, эксплуатационных, конструкционных нагрузок. Толщина стен учитывает характеристики материала каждого слоя, поэтому, теплопотери гарантированно будут ниже допустимых норм СНиП. В этом случае заказчик может предъявить претензии организации, занимавшейся проектированием, при отсутствии необходимого эффекта в процессе эксплуатации жилища.

Однако, при строительстве дачи, садового домика многие владельцы предпочитают экономить на приобретении проектной документации. В этом случае расчеты толщины стен можно произвести самостоятельно. Специалисты не рекомендуют пользоваться сервисами на сайтах компаний, реализующих конструкционные материалы, утеплители. Многие из них завышают в калькуляторах значения коэффициентов теплопроводности стандартных материалов для представления собственной продукции в выгодном свете. Подобнее ошибки в расчетах чреваты для застройщика снижением комфортности внутренних помещений в холодный период.

Самостоятельный расчет не представляет сложностей, используется ограниченное количество формул, нормативных значений:

• теплосопротивление стены – 3,5 либо больше этого числа (согласно СНиП), является суммой теплосопротивлений всех слоев, из которых состоит несущая стена
• коэффициент теплопроводности строительных материалов – каждый производитель конструкционного материала, светопрозрачных конструкций, утеплителя указывает его в обязательном порядке, однако, лучше дополнительно свериться с таблицей в нормативах СНиП
• теплосопротивление отдельного слоя стены – вычисляется путем умножения толщины слоя (м) на коэффициент теплопроводности материала

Например, чтобы привести толщину кирпичной стены в соответствие с нормативным теплосопротивлением, потребуется умножить коэффициент для этого материала, взятый из таблицы на нормативное теплосопротивление:

0,76 х 3,5 = 2,66 м

Подобная крепость излишне затратна для любого застройщика, поэтому, следует снизить толщину кладки до приемлемых 38 см, добавив утеплитель:

• облицовка в полкирпича 12,5 см
• внутренняя стена в кирпич 25 см

Теплосопротивление кирпичной кладки в этом случае составит 0,38/0,76 = 0,5 единиц. Вычитая из нормативного параметра полученный результат, получаем необходимое теплосопротивление слоя утеплителя:

3,5 – 0,5 = 3 единицы

При выборе базальтовой ваты с коэффициентом 0,039 единиц, получаем слой толщиной:

3 х 0,039 = 11,7 см

Отдав предпочтение экструдированному пенополистиролу с коэффициентом 0,037 единиц, снижаем слой утеплителя до:

3 х 0,037 = 11,1 см

На практике, можно выбрать 12 см для гарантированного запаса либо обойтись 10 см, учитывая наружные, внутренние облицовки стен, так же обладающие теплосопротивлением. Необходимый запас можно добрать без использования конструкционных материалов либо утеплителей, изменив конструкцию кладки. Замкнутые пространства воздушных прослоек внутри некоторых типов облегченных кладок так же обладают теплосопротивлением.

Их теплопроводность можно узнать из нижеприведенной таблицы, находящейся в СНиП.

Например, 10 см прослойка замкнутого контура обеспечивает теплоспопротивление 0,18 либо 0,15 единиц при отрицательных, положительных температурах, соответственно. Сантиметровый воздушный зазор добавляет несущей стене 0,15 или 0,13 единиц теплосопротивления (зимой, летом, соответственно).

Что такое «точка росы»

На завершающем этапе вычислений потребуется правильно расположить утеплитель, коробки оконных блоков в толще стен. Это необходимо для смещения точки росы наружу, в противном случае избавиться от влаги на стеклах, внутренних стенах с началом отопительного сезона не получится.

Точкой росы называют температурный барьер, при достижении которого из теплого воздуха в эксплуатируемом помещении, имеющим высокую относительную влажность, начинает конденсироваться вода. Для увеличения ресурса силовых конструкций точку росы необходимо вывести за наружную поверхность стены, чтобы кирпич. Древесина, бетон не разрушался под действием влаги.

Кроме того, смещение точки росы внутрь слоя утеплителя приведет к увеличению расхода энергоносителя для обогрева жилища уже на третий сезон эксплуатации. Тплоизолятор намокнет, снизится его теплосопротивление.

Неправильная установка оконных блоков приводит к аналогичной ситуации – откосы будут стабильно влажными всю зиму. Поэтому, нормативы СНиП рекомендуют смещение внутренней плоскости оконного блока:

• заподлицо с внутренней стеной в срубах, кирпичных коттеджах с кладкой в 1,5 кирпича
• отступ от наружной плоскости стены от 12,5 см при значительной толщине кладки

Выбор конструкционных, облицовочных, теплоизоляционных материалов должен осуществляться комплексно. Паропропускная способность отдельных слоев стены должна снижаться изнутри наружу. Принцип этого метода становится понятнее на простом примере:

• если облицевать фасады коттеджа, выложенные из газобетонных блоков, керамическим кирпичом, клинкером без вентиляционного зазора
• влажный воздух из помещений свободно преодолеет материал стены, будет остановлен облицовкой
• блоки начнут разрушаться в агрессивной среде, снизится ресурс здания

Кроме того, замерзающая нутрии блоков вода будет расширяться, дополнительно разрушая кладку, ослабляя силовой каркас коттеджа. Проблема решается заменой керамики на сайдинг, деревянные облицовки либо созданием вентиляционного зазора, через который влага сможет отводиться воздушными массами.

Присоединяйтесь к обсуждению!

Нам было бы интересно узнать вашу точку зрения, оставьте свое мнение в комментариях 😼

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

Любое строительство независимо от его размера всегда начинается с разработки проекта. Его цель – спроектировать не только внешний вид будущего строения, еще и просчитать основные теплотехнические характеристики. Ведь основной задачей строительства считается сооружение прочных, долговечных зданий, способных поддерживать здоровый и комфортный микроклимат, без лишних затрат на отопление. Несомненную помощь при выборе сырья, используемого для возведения постройки, окажет таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты.

Тепло в доме напярямую зависит от коэффициента теплопроводности строительных материалов

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность – это процесс передачи энергии тепла от нагретых частей помещения к менее теплым. Такой обмен энергией будет происходить, пока температура не уравновесится. Применяя это правило к ограждающим системам дома, можно понять, что процесс теплопередачи определяется промежутком времени, за который происходит выравнивание температуры в комнатах с окружающей средой. Чем это время больше, тем теплопроводность материала, применяемого при строительстве, ниже.

Отсутствие теплоизоляции дома скажется на температуре воздуха внутри помещения

Для характеристики проводимости тепла материалами используют такое понятие, как коэффициент теплопроводности. Он показывает, какое количество тепла за одну единицу временного промежутка пройдет через одну единицу площади поверхности. Чем выше подобный показатель, тем сильнее теплообмен, значит, постройка будет остывать значительно быстрее. То есть при сооружении зданий, домов и прочих помещений необходимо использовать материалы, проводимость тепла которых минимальна.

Сравнительные характеристики теплопроводности и термического сопротивления стен, возведенных из кирпича и газобетонных блоков

Что влияет на величину теплопроводности?

Тепловая проводимость любого материала зависит от множества параметров:

1. Пористая структура. Присутствие пор предполагает неоднородность сырья. При прохождении тепла через подобные структуры, где большая часть объема занята порами, охлаждение будет минимальным.
2. Плотность. Высокая плотность способствует более тесному взаимодействию частиц друг с другом. В результате теплообмен и последующее полное уравновешивание температур происходит быстрее.
3. Влажность. При высокой влажности окружающего воздуха или намокании стен постройки, сухой воздух вытесняется капельками жидкости из пор. Теплопроводность в подобном случае значительно увеличивается.

Теплопроводность, плотность и водопоглощение некоторых строительных материалов

Применение показателя теплопроводности на практике

В строительстве все материалы условно подразделяются на теплоизоляционные и конструкционные. Конструкционное сырье отличается наибольшими показателями теплопроводности, но именно его применяют для постройки стен, перекрытий, прочих ограждений. Согласно таблице теплопроводности строительных материалов, при возведении стен из железобетона, для низкого теплообмена с окружающей средой толщина конструкции должна быть около 6 метров. В таком случае строение получится огромным, громоздким и потребует немалых затрат.

Наглядный пример — при какой толщине различных материалов их коэффициент теплопроводности будет одинаковым

Поэтому при возведении постройки следует отдельное внимание уделять дополнительным теплоизолирующим материалам. Слой теплоизоляции может не понадобиться только для построек из дерева или пенобетона, но даже при использовании подобного низкопроводного сырья толщина конструкции должна быть не менее 50 см.

Нужно знать! У теплоизоляционных материалов значения показателя теплопроводности минимальны.

Теплопроводность готового здания. Варианты утепления конструкций

При разработке проекта постройки необходимо учесть все возможные варианты и пути потери тепла. Большое его количество может уходить через:

• стены – 30%;
• крышу – 30%;
• двери и окна – 20%;
• полы – 10%.

Теплопотери неутепленного частного дома

При неверном расчете теплопроводности на этапе проектирования, жильцам остается довольствоваться только 10% тепла, получаемого от энергоносителей. Именно поэтому дома, возведенные из стандартного сырья: кирпича, бетона, камня рекомендуют дополнительно утеплять. Идеальная постройка согласно таблице теплопроводности строительных материалов должна быть выполнена полностью из теплоизолирующих элементов. Однако малая прочность и минимальная устойчивость к нагрузкам ограничивает возможности их применения.

Нужно знать! При обустройстве правильной гидроизоляции любого утеплителя высокая влажность не повлияет на качество теплоизоляции и сопротивление постройки теплообмену будет значительно выше.

Сравнительный график коэффициентов теплопроводности некоторых строительных материалов и утеплителей

Самым распространенным вариантом сочетание несущей конструкции из высокопрочных материалов с дополнительным слоем теплоизоляции. Сюда можно отнести:

1. Каркасный дом. При его постройке каркасом из древесины обеспечивается жесткость всей конструкции, а укладка утеплителя производится в пространство между стойками. При незначительном уменьшении теплообмена в некоторых случая может потребоваться утепление еще и снаружи основного каркаса.
2. Дом из стандартных материалов. При выполнении стен из кирпича, шлакоблоков, утепление должно проводиться по наружной поверхности конструкции.

Необходимая тепло- и гидроизоляция для сохранения тепла в частном доме

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

В этой таблице собраны показатели теплопроводности самых распространенных строительных материалов. Пользуясь подобными справочниками, можно без проблем рассчитать необходимую толщину стен и применяемого утеплителя.

Таблица коэффициента теплопроводности строительных материалов:

Таблица теплопроводности строительных материалов: коэффициенты

Теплопроводность строительных материалов (видео)

ОЦЕНИТЕ
МАТЕРИАЛ Загрузка… ПОДЕЛИТЕСЬ
В СОЦСЕТЯХ

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ

REMOO В ВАШЕЙ ПОЧТЕ

Какой толщины должен быть утеплитель, сравнение теплопроводности материалов.

Необходимость использования Систем теплоизоляции WDVS вызвана высокой экономической эффективностью.

Вслед за странами Европы, в Российской Федерации приняли новые нормы теплосопротивления ограждающих и несущих конструкций, направленные на снижение эксплуатационных расходов и энергосбережение. С выходом СНиП II-3-79*, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» прежние нормы теплосопротивления устарели. Новыми нормами предусмотрено резкое возрастание требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Теперь прежде использовавшиеся подходы в строительстве не соответствуют новым нормативным документам, необходимо менять принципы проектирования и строительства, внедрять современные технологии.

 Как показали расчёты, однослойные конструкции экономически не отвечают принятым новым нормам строительной теплотехники. К примеру, в случае использования высокой несущей способности железобетона или кирпичной кладки, для того, чтобы этим же материалом выдержать нормы теплосопротивления, толщину стен необходимо увеличить соответственно до 6 и 2,3 метров, что противоречит здравому смыслу. Если же использовать материалы с лучшими показателями по теплосопротивлению, то их несущая способность сильно ограничена, к примеру, как у газобетона и керамзитобетона, а пенополистирол и минвата, эффективные утеплители, вообще не являются конструкционными материалами. На данный момент нет абсолютного строительного материала, у которого бы была высокая несущая способность в сочетании с высоким коэффициентом теплосопротивления.

Чтобы отвечать всем нормам строительства и энергосбережения необходимо здание строить по принципу многослойных конструкций, где одна часть будет выполнять несущую функцию, вторая — тепловую защиту здания. В таком случае толщина стен остаётся разумной, соблюдается нормированное теплосопротивление стен. Системы WDVS по своим теплотехническим показателям являются самыми оптимальными из всех представленных на рынке фасадных систем.

Таблица необходимой толщины утеплителя для выполнения требований действующих норм по теплосопротивлению в некоторых городах РФ:

Таблица, где: 1 — географическая точка 2 — средняя температура отопительного периода 3 — продолжительность отопительного периода в сутках 4 — градусо-сутки отопительного периода Dd, °С * сут 5 — нормируемое значение сопротивления теплопередаче Rreq, м2*°С/Вт стен 6 — требуемая толщина утеплителя

Условия выполнения расчётов для таблицы:

1. Расчёт основывается на требованиях СНиП 23-02-2003
2. За пример расчёта взята группа зданий 1 — Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития.
3. За несущую стену в таблице принимается кирпичная кладка толщиной 510 мм из глиняного обыкновенного кирпича на цементно-песчаном растворе l = 0,76 Вт/(м * °С)
4. Коэффициент теплопроводности берётся для зон А.
5. Расчётная температура внутреннего воздуха помещения + 21 °С «жилая комната в холодный период года» (ГОСТ 30494-96)
6. Rreq рассчитано по формуле Rreq=aDd+b для данного географического места
7. Расчёт: Формула расчёта общего сопротивления теплопередаче многослойных ограждений:
R0= Rв + Rв.п + Rн.к + Rо.к + Rн Rв — сопротивление теплообмену у внутренней поверхности конструкции
Rн — сопротивление теплообмену у наружной поверхности конструкции
Rв.п — сопротивление теплопроводности воздушной прослойки (20 мм)
Rн.к — сопротивление теплопроводности несущей конструкции
Rо.к — сопротивление теплопроводности ограждающей конструкции
R = d/l d — толщина однородного материала в м,
l — коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м * °С)
R0 = 0,115 + 0,02/7,3 + 0,51/0,76 + dу/l + 0,043 = 0,832 + dу/l
dу — толщина теплоизоляции
R0 = Rreq
Формула расчёта толщины утеплителя для данных условий:
dу = l * ( Rreq — 0,832 )

а) — за среднюю толщину воздушной прослойки между стеной и теплоизоляцией принято 20 мм
б) — коэффициент теплопроводности пенополистирола ПСБ-С-25Ф l = 0,039 Вт/(м * °С) (на основании протокола испытаний)
в) — коэффициент теплопроводности фасадной минваты l = 0,041 Вт/(м * °С) (на основании протокола испытаний)

* в таблице даны усреднённые показатели необходимой толщины этих двух типов утеплителя.

Примерный расчёт толщины стен из однородного материала для выполнения требований СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».

* для сравнительного анализа используются данные климатической зоны г. Москвы и Московской области.

Условия выполнения расчётов для таблицы:

1. Нормируемое значение сопротивления теплопередаче Rreq = 3,14
2. Толщина однородного материала d= Rreq * l

Таким образом, из таблицы видно, что для того, чтобы построить здание из однородного материала, отвечающее современным требованиям теплосопротивления, к примеру, из традиционной кирпичной кладки, даже из дырчатого кирпича, толщина стен должна быть не менее 1,53 метра.

---

Чтобы наглядно показать, какой толщины необходим материал для выполнения требований по теплосопротивлению стен из однородного материала, выполнен расчёт, учитывающий конструктивные особенности применения материалов, получились следующие результаты:

В данной таблице указаны расчётные данные по теплопроводности материалов.

По данным таблицы для наглядности получается следующая диаграмма:

Автор: Геннaдий Eмeльянoв

Толщина стен дома из керамзитобетонных блоков

Толщина стены из керамзитобетонных блоков с утеплителем рассчитывается иным способом. Необходимо рассчитать сопротивление теплоотдаче каждого материала в отдельности, затем сложить их и сравнить с нормируемым значением. На этот раз в качестве примера возьмем Екатеринбург. Толщина стены из керамзитобетонных блоков без утеплителя на Урале будет неприемлемо большой. Рассчитаем нормируемое сопротивление теплоотдаче, предварительно выяснив, что D_d = 6 000 для поддержания температуры внутри жилого помещения на уровне 20° C. Подставляем в формулу:

R_reg = a × D_d + b = 0,00035 × 6000 + 1,4 = 3,5

Далее меняем тактику, рассчитываем не толщину, а выясняем коэффициент сопротивления теплоотдаче той стены, которую мы предполагаем возвести. В качестве строительного материала вновь выберем блок «Стандарт». Меняем формулу, если:

Толщина стены = R_reg × λ, то R_reg = Толщина стены / λ

Предположим, что мы «нацелены» на кладку в полтора блока – 0,6 м толщиной, тогда:

R_reg = Толщина стены / λ = 0,6 / 0,41 = 1,46

Один из двух коэффициентов есть. Теперь рассчитаем сопротивление теплоотдаче утеплителя. Выберем ROCKWOOL ФАСАД БАТТС Д ОПТИМА, толщиной 100 мм. Теплопроводность каменной ваты составляет 0,041 Вт/м°C. Подставляем значения в формулу:

R_reg = Толщина утеплителя / λ = 0,1 / 0,041 = 2,43

Складываем первый коэффициент, полученный для керамзитоблока с коэффициентом для каменной ваты, чтобы получить общее сопротивление теплоотдаче «пирога» стены:

1,46 + 2,43 = 3,89 (нам требовалось 3,5)

Как видите, толщина стены из керамзитобетона 0,6 м плюс 100 мм утеплителя соответствуют требованиям с запасом. Таким образом вы можете рассчитывать различные комбинации материалов. Хотите сэкономить на керамзитоблоке — возьмите кладку в блок (0,4 м) и утеплитель 120 мм. Толщина стен из керамзитобетонных блоков в Московской области, соответственно, будет другой.

Теплая стена с PIR – широкие возможности новых технологий — ТЕХНОНИКОЛЬ

Время чтения: 6 минут

Давно не секрет, что теплоизоляция PIR технологична, безопасна и долговечна. Но современный покупатель требует большего от строительной изоляции. Куда уж больше? PIR и так пришёл в строительство из оборонно-космической отрасли. Выдерживать космические теплотехнические требования ему по силам. Утепление частей корабля «Буран» выполнялось с помощью именно теплоизоляции PIR.

Но и на Земле применение «космического» утеплителя пришлось как нельзя кстати. По высказыванию немецкого писателя Лиона Фейхтвангера, талантливый человек талантлив во всём. Проводя аналогию, это выражение подходит и в качестве характеристики PIR, как в сфере космических технологий, так и в среде строительных материалов. Более того, PIR универсально применим и в различных строительных конструкциях. Функции утепления и изоляции он одинаково хорошо демонстрирует и в полах, и в стенах, и в потолках.

А всё благодаря своим уникальным физико-механическим параметрам. PIR — утеплитель на основе пенополиуретана LOGICPIR имеет рекордно низкий коэффициент теплопроводности λ –самый ценный критерий эффективности теплоизоляции. Его значение у PIR равно 0,021 Вт/м•К – самое минимальное среди известных на данное время утеплителей. По этому преимуществу плиты из пенополиуретана возможно изготавливать меньшей толщины и веса, не теряя качества теплоизоляции конструкций.

Структура материала образована закрытыми ячейками с газом малой теплопроводности (0,015 Вт/м•К). Эффективность теплоизоляции зависит именно от этого газа. А высокую механическую и динамическую прочность (более 120 кПа) материалу придаёт каркас из стенок и рёбер твёрдого вещества плиты PIR, однако, объём его составляет лишь 3% от общего, отсюда и малый вес материала. Горение PIR не поддерживает и при отсутствии пламени происходит затухание. Гарантированная долговечность поразительна – более 50 лет! Еще одним отличительным параметром PIR является его полноценная отражающая способность по ГОСТ 31913-2011 (EN ISO 9229:2007) и ГОСТ Р 56734-2015. Благодаря фольгированному покрытию коэффициент излучения материала низкий, поэтому снижается лучистый теплоперенос.

При таких «космических» преимуществах доступность материала PIR для простого потребителя не исключается. И область применения инновационного утеплителя расширена. Многие заказчики приобретают PIR для различных строительных решений.

Очень известен и хорош PIR для конструкций тёплых полов. Среди основных плюсов: простота монтажа, возможность применения различных теплоносителей, уменьшение толщины утеплителя и, как следствие, сохранение максимальной высоты помещения в зоне утепления, высокая механическая прочность более 12 т/м2, отсутствие необходимости монтажа дополнительных пароизоляционных слоёв.

Набирает обороты и популярность оригинального решения по утеплению стен с помощью PIR.

Так нетрадиционно можно решить обыденные задачи по ликвидации промерзания стен, сырости и плесени. Система обогрева стен отличается от привычной радиаторной, хотя трубки с водой тоже могут быть включены в данном решении.

Вообще, конструкция тёплой стены известна давно. Во времена печного отопления использование дымовых газов в сложных дымоходных системах, вмонтированных в стены, было широко применимо. А в панельном домостроительстве 20го века в проектах реализовывались стеновые каналы с водяным отоплением.

Преимущества равномерного распределения тепла по стене и по всей высоте обогреваемого помещения перед неутепленным бетоном и холодным кирпичом очевидны: поддержание тепловлажностного микроклимата помещения неоценимо для здоровья слизистых человека, низкая температура теплоносителя для экономии ресурсов.

Однако, чтобы в полной мере и по достоинству оценить преимущества новой области применения утеплителя PIR, необходимо предварительно запроектировать данное решение. Для организации тёплой стены нужно заранее учесть несколько особенностей. Чтобы не повредить обогревательную систему и наиболее эффективно использовать площадь тёплой стены, планирование меблировки нужно производить совместно с проектированием отапливаемой стены.

А при монтаже утепления действовать поэтапно:

• предварительно подготовить внутреннюю поверхность стены, выровнять ее и удалить мусор;
• использовать механическое закрепление с помощью пластиковых фасадных дюбелей либо приклеивать на клей-пену;
• создать герметичный пароизоляционный контур при помощи проклейки стыков утеплителя алюминиевым скотчем. Это действие позволит существенно снизить влажность внутри стены и за теплоизоляцией, исключив возможность выпадения конденсата;
• смонтировать обогревательную систему из электрического провода в пластиковой оплетке, пленочную инфракрасную систему или полипропиленовые трубки, с помощью которых, кстати, можно не только обогреть, но и охладить стены в жаркий летний период;
• смонтировать отделочный слой «сухим» способом. Например, гипсокартонными листами по подконструкции с последующим финишным слоем.

В дополнение к такой системе идет такое средство обогрева как «тёплый плинтус». Установленное на самых холодных стенах, оно эффективно заполняет комнату нагретым воздухом, струи которого поднимаются у стены и создают в квартире комфортный микроклимат. Такой вариант системы не создаёт воздушных потоков, которые переносят частицы пыли по помещению.

Кроме утепления стен довольно популярна система с «тёплой» конструкцией оконных откосов и проемов. Монтаж невероятно легок и прост за счет пленочной системы крепления к подоконнику. Такое нововведение в квартире оценит и рассада высоким урожаем и дремлющий кот, пока за окном лютует зима.

Сопротивление замораживанию-оттаиванию

Когда вода замерзает, она расширяется примерно на 9 процентов. Когда вода во влажном бетоне замерзает, она создает давление в порах бетона. Если создаваемое давление превышает предел прочности бетона на разрыв, полость расширится и разорвется. Накопительный эффект последовательных циклов замораживания-оттаивания и разрушение пасты и заполнителя может в конечном итоге вызвать расширение и растрескивание, образование окалины и крошение бетона.

Противообледенительные химикаты для тротуаров включают хлорид натрия, хлорид кальция, хлорид магния и хлорид калия.Эти химические вещества снижают температуру замерзания осадков, выпадающих на тротуары. Недавняя тенденция заключалась в использовании широкого спектра смесей этих материалов для улучшения характеристик при одновременном снижении затрат, а передовая практика показывает, что чрезмерная дозировка раствора более четырех процентов имеет тенденцию к снижению вероятности образования накипи на поверхностях дорожного покрытия. Высокая концентрация антиобледенителя сокращает количество циклов замораживания и оттаивания дорожного покрытия за счет значительного снижения температуры замерзания.

Антиобледенители для специальных применений, таких как тротуары в аэропортах, требуют нехлоридных материалов для предотвращения повреждения самолетов. Список антиобледенителей, используемых для этих целей, включает мочевину, ацетат калия, пропиленгликоль и этиленгликоли.

Поскольку образование накипи на покрытиях всех типов вызвано физическим воздействием солей, использование высокопрочного (4000 фунтов на квадратный дюйм или более), воздухововлекающего бетона с низкой проницаемостью имеет решающее значение для обеспечения хорошей долговечности в этих применениях.

Таблица 11-5 15-го издания «Проектирование и контроль бетонных смесей» дает прекрасное руководство по эффективным температурам и включает влияние на бетон, практические пределы температуры, химическую форму и коррозию металлов.

Щелкните здесь, чтобы ознакомиться с примером использования проводящего бетона для борьбы с обледенением настила моста.

D-Cracking — Растрескивание бетонного покрытия, вызванное разложением заполнителя в бетоне в результате замерзания-оттаивания, называется D-растрескиванием. D-образные трещины представляют собой близко расположенные трещины, параллельные поперечным и продольным швам, которые впоследствии многократно расширяются от швов к центру панели дорожного покрытия. D-растрескивание является функцией основных свойств определенных типов частиц заполнителя и окружающей среды, в которой находится дорожное покрытие.

Из-за естественного накопления воды под дорожным покрытием в слое основания и основания, заполнитель может со временем стать насыщенным. Затем при циклах замораживания и оттаивания в насыщенном заполнителе в нижней части плиты начинается растрескивание бетона и продолжается вверх, пока не достигнет изнашиваемой поверхности. Эту проблему можно уменьшить либо путем выбора агрегатов, которые лучше работают в циклах замораживания-оттаивания, либо, если необходимо использовать маргинальные агрегаты, путем уменьшения максимального размера частиц.Также может оказаться полезным установка эффективных дренажных систем для отвода свободной воды из-под тротуара.

Поперечное сечение воздухововлекающего (справа) и невововлекающего бетона. Воздушные пустоты большого размера — это захват воздуха. Маленькие пузырьки точечного размера (увлеченный воздух), равномерно распределенные в пасте, представляют собой полезные воздушные пустоты. Обратите внимание на сравнение с обычным выводом.

Воздухововлечение — Степень воздействия замораживания-оттаивания варьируется в зависимости от региона США.Местные погодные записи могут помочь определить серьезность воздействия. Устойчивость бетона к замерзанию и оттаиванию во влажном состоянии значительно повышается за счет использования специально втянутого воздуха. Крошечные пустоты с увлеченным воздухом действуют как пустые камеры в пасте для замораживания и миграции воды, что снижает давление в порах и предотвращает повреждение бетона. Бетон с низкой проницаемостью (то есть с низким водоцементным соотношением и адекватным отверждением) лучше выдерживает циклы замораживания-оттаивания.В редких случаях может происходить скопление воздушных пустот, что приводит к потере прочности на сжатие. Подробнее о кластеризации воздушных пустот.

Типичный пример покрытой окалиной бетонной поверхности

Предотвращение образования окалины в бетоне

Накипь определяется как общая потеря поверхностного раствора или раствора, окружающего крупные частицы заполнителя на поверхности бетона. Эта проблема обычно вызвана расширением воды из-за циклов замораживания и оттаивания и использования химикатов для борьбы с обледенением; однако бетон надлежащего качества, изготовленный, обработанный и затвердевший, не должен подвергаться такому типу разрушения.Существует четкая цепочка ответственности за производство устойчивого к образованию накипи бетона.

Крупным планом вид на ледяные вмятины в замороженном свежем бетоне. Образования кристаллов льда возникают в виде замерзания незатвердевшего бетона.

Замерзание. Бетон очень мало прочности при низких температурах. Соответственно, свежеуложенный бетон необходимо защищать от замерзания до тех пор, пока степень насыщения бетона не будет достаточно снижена за счет гидратации цемента.Время, за которое достигается это уменьшение, примерно соответствует времени, необходимому для достижения бетоном прочности на сжатие 500 фунтов на квадратный дюйм. Бетон, который будет подвергаться воздействию антиобледенителя, должен достичь прочности 4000 фунтов на квадратный дюйм перед повторными циклами замораживания и оттаивания.

Оптимизация использования летучей золы в бетоне Холодная погода и зимние условия могут быть сложными, если бетон содержит летучую золу. Зольный бетон, особенно при использовании на более высоких уровнях, обычно имеет увеличенное время схватывания и медленный набор прочности, что приводит к низкой прочности в раннем возрасте и задержкам в темпах строительства.Кроме того, бетон, содержащий летучую золу, часто считается более восприимчивым к образованию накипи на поверхности при воздействии химикатов для борьбы с обледенением, чем бетон из портландцемента. Поэтому важно знать, как отрегулировать количество летучей золы, чтобы минимизировать недостатки и при этом максимизировать преимущества.

Архитектор высотной квартиры Bayview оптимизировал количество летучей золы на основе требований спецификации бетона, графика строительства и температуры.Он ограничил количество летучей золы в плитах на уклоне, уложенном в зимние месяцы, до 20 процентов. Если невозможно обеспечить адекватное отверждение или если бетон подвергается замерзанию и оттаиванию в присутствии антиобледенительных солей, количество летучей золы всегда должно быть менее 25 процентов. Подробнее об оптимизации использования летучей золы в бетоне.

Публикации

Для разных бетонов требуется разная степень прочности в зависимости от условий окружающей среды и желаемых свойств. Руководство Specifer по долговечному бетону, EB221, предназначено для предоставления достаточной информации, чтобы позволить практикующему специалисту выбрать материалы и параметры конструкции смеси для получения прочного бетона в различных средах.

Оптимизация использования летучей золы в бетоне В обсуждаются вопросы, связанные с использованием летучей золы в бетоне от низкого до очень высокого уровня, и даются рекомендации по использованию летучей золы без ущерба для строительного процесса или качества готового продукта. Тематические исследования были выбраны в качестве примеров некоторых из наиболее требовательных применений зольного бетона для снижения ASR, устойчивости к хлоридам и экологичного строительства.

Делает ли прикосновение холода жестче вечнозеленые листья?

Tree Physiol.2016 Март; 36 (3): 267–272.

Ülo Niinemets

¹ Институт сельскохозяйственных наук и окружающей среды, Эстонский университет естественных наук, Крейцвальди 1, 51014 Тарту, Эстония

² Эстонская академия наук, Кохту 6, 10130 Таллинн, Эстония

Danielle Way , обработка Редактор

¹ Институт сельскохозяйственных и экологических наук Эстонского университета естественных наук, Крейцвальди 1, 51014 Тарту, Эстония

² Эстонская академия наук, Кохту 6, 10130 Таллинн, Эстония

Поступила в декабре 2015 г. 21; Принята в печать 19 января 2016 г.

Авторские права © Автор, 2016. Опубликовано Oxford University Press. Все права защищены. Для получения разрешений обращайтесь по электронной почте: [email protected] Эту статью цитировали в других статьях PMC.

Структура листьев под морозом: утолщение при подготовке к зиме

Зимние условия в сезонных условиях создают очень напряженную среду для жизни растений из-за низких температур и других взаимодействующих стрессов. Даже низкие температуры от 0 до 10 ° C сильно снижают фотосинтетическую активность листвы (например,г., Huner et al. 1998, Венема и др. 2000, Аллен и Орт 2001), особенно в яркие дни, которые могут привести к временному и хроническому фотоингибированию (Оквист и Хунер 1993, Хунер и др. 1998, Иванов и др. 2001). Морозный стресс еще больше усугубляет снижение физиологической активности листьев из-за замораживания тканей растения с потенциальным повреждением клеток (например, Gray et al. 1997, Lamontagne et al. 1998). Кроме того, замерзание воды в почве и ксилеме и эмболия ксилемы останавливают доставку воды к листве и могут привести к серьезному стрессу от высыхания, когда листья оттаивают в более теплые периоды или под воздействием яркого солнечного света.Кроме того, абразивные повреждения, вызванные ветром, снегом и льдом, могут значительно усилить кутикулярную проводимость листвы, тем самым еще больше увеличивая потенциальное напряжение высыхания (Ларчер, 1985, Херрик и Фридланд, 1991, Коппель и Хайнсу, 1994).

У растений, растущих при низких температурах, происходит множество структурных и физиологических изменений. Классические исследования продемонстрировали увеличение толщины листьев у видов, растущих на возвышенностях и подверженных более низким температурам, по сравнению с видами в низинах (Woodward 1979, Körner et al.1986). Температурно-зависимые изменения толщины были связаны с большим количеством клеточных слоев и увеличенной толщиной отдельных клеточных слоев, что в целом приводило к большему содержанию воды на единицу площади листа (Woodward 1979, Körner et al. 1989, Atkin et al. 1996 ). Из-за высокой теплоемкости воды такое увеличение толщины листа и содержания воды снижает скорость обмерзания листьев (Ball et al.2002), способствуя снижению физиологического ущерба из-за образования льда при относительно коротких и умеренных условиях замораживания, чередующихся. с периодами более высоких температур, e.g., замораживание ранним утром с последующим нагреванием листьев под воздействием солнечной радиации (Ball et al. 2002, Poorter et al. 2009). Хотя большая теплоемкость дает дополнительное время, пока листья не замерзнут, после полной заморозки очевидные преимущества утолщения менее очевидны. В замороженных листьях большее содержание воды на площадь листа может способствовать снижению скорости оттаивания листьев под воздействием солнечного света и, таким образом, приводит к снижению клеточного повреждения (Steffen et al. 1989, Nilsen 1990, Fall et al. 2001).Таким образом, наличие большей теплоемкости может быть особенно полезно для листьев, подвергшихся многократным циклам замораживания-оттаивания в течение зимы.

На данный момент доступно гораздо меньше данных о внутривидовых структурных изменениях, вызванных изменением минимальной температуры и продолжительности периода заморозков в разных местообитаниях. У травянистых видов есть свидетельства повышенной толщины акклиматизированных к холоду листьев (Boese and Huner 1990, Stefanowska et al. 1999). В этом выпуске журнала Tree Physiology исследование González-Zurdo et al.(2016) исследовали структуру листьев, химию и фотосинтетические особенности пяти средиземноморских видов в сложном экологическом градиенте, характеризующемся колебаниями среднегодовых, минимальных и максимальных температур, осадков и солнечной радиации. Они обнаружили, что как сухая масса листа на единицу площади ( M _A ), так и толщина листа наиболее сильно связаны с минимальной температурой, причем оба признака увеличиваются с понижением минимальной зимней температуры и с увеличением количества морозных дней у трех средиземноморских вечнозеленых видов. , но не у лиственных пород (рисунок а; González-Zurdo et al.2016). Учитывая, что почвенная засуха традиционно считалась ключевым ограничением в этих средах (Zavala et al. 2000, Reichstein et al. 2002, David et al. 2007), этот результат является неожиданным и предполагает, что в будущих исследованиях следует сосредоточить больше внимания на последствиях. низкой температуры дифференциации листвы.

Сухая масса листа на единицу площади в зависимости от количества морозных дней (а) и корреляция содержания азота в листе (б) и фосфора (в) на сухую массу с сухой массой листа на единицу площади у двух лиственных ( Quercus faginea Lam.и Q. pyrenaica Willd.) и трех вечнозеленых ( Q. suber L., Q. ilex L. и Pinus pinaster Aiton) средиземноморских видов (данные González-Zurdo et al., 2016 в этом выпуске of Tree Physiology ). Данные были подогнаны с помощью линейной регрессии, а сплошные линии соответствуют статистически значимым, а пунктирные линии — несущественным отношениям (подробности см. В González-Zurdo et al., 2016). У вечнозеленых видов Q. ilex и P.pinaster , незакрашенные символы соответствуют листьям текущего года, а закрашенные — однолетним. Эллипсы на (b) подчеркивают, что в пределах зависимости между содержанием азота и сухой массой листа на единицу площади, наблюдаемой у всех видов, существует внутривидовой экономический спектр, обусловленный акклиматизацией к холодным температурам (а). В случае соотношения между содержанием фосфора и сухой массой листа на единицу площади наблюдаются значительные внутривидовые отношения, в то время как общая тенденция исчезает (c).

Быть выносливым — выдерживать холод

Помимо изменения толщины листа, адаптированные к морозу виды характеризуются также более толстыми клеточными стенками, особенно более толстыми стенками эпидермальных клеток (Körner et al. 1989). Есть свидетельства того, что у видов акклиматизация к морозу приводит к увеличению толщины клеточной стенки и ее жесткости (Weiser et al. 1990, Rajashekar and Burke 1996, Rajashekar and Lafta 1996, Stefanowska et al. 1999, Solecka et al. 2008, Scholz и др. 2012). Учитывая, что замораживание и потенциальный стресс высыхания приводят к чрезмерно низким клеточным водным потенциалам, повышенная жесткость клеточной стенки является важным признаком акклиматизации, позволяющим избежать коллапса клеточных стенок в результате связанного повреждения на мембранном уровне (Rajashekar and Burke 1996, Rajashekar and Lafta 1996). .Высокая жесткость клеточной стенки также означает, что для любого данного изменения клеточного водного потенциала содержание внутриклеточной воды изменяется меньше, чем когда клетки имеют более эластичные стенки (Rajashekar and Burke 1996, Niinemets 2001). Таким образом, при замораживании меньше воды мигрирует из клеток во внеклеточное пространство, где она замерзает, в то время как вода внутри клеток остается переохлажденной при более низких температурах (Rajashekar and Burke 1996, Burr et al. 2001).

Как достигается увеличение жесткости клеточной стенки, не совсем понятно, но исследования показывают, что это в первую очередь отражает увеличение доли пектина в клеточных стенках и более сильное сшивание полимеров во фракции пектина (Solecka et al.2008 г., Domon et al. 2013 г., Болдуин и др. 2014). Однако сами по себе пектины не объясняют увеличение массы клеточной стенки у акклиматизированных к холоду растений (Solecka et al., 2008), а также есть доказательства увеличения других составляющих клеточной стенки, включая гемицеллюлозу и целлюлозу, и белки клеточной стенки, такие как экспансины ( Weiser et al.1990, Le Gall et al.2015). Хотя классический метод Ван Соста для измерения волокон клеточной стенки, используемый González-Zurdo et al. (2016) не измеряет пектины (Van Soest 1994), значительное увеличение содержания листовой целлюлозы и гемицеллюлозы при снижении минимальной температуры наблюдалось у трех вечнозеленых видов в их исследовании (González-Zurdo et al.2016). Эти данные указывают на то, что как увеличение общей толщины листа, так и вложение в материал клеточной стенки являются ключевыми структурными модификациями холодных сред средиземноморских вечнозеленых растений.

Достаточно ли выносливости, чтобы пережить зимние периоды?

По всему Средиземноморью Quercus виды, более высокая устойчивость к замерзанию наблюдалась у видов с большей M _A и толщиной листа (Cavender-Bares et al. 2005) и González-Zurdo et al.(2016) далее подчеркнули важную внутривидовую изменчивость структурных характеристик, обусловленную минимальной температурой участка. Однако общая морозостойкость листвы средиземноморских вечнозеленых видов Quercus относительно умеренная. Морозостойкость листа Q. ilex subsp. ilex L. растет на северной границе Q. Распространение ilex составляет около -12 ° C (Larcher and Mair 1969). В случае двух вечнозеленых видов Quercus , изученных González-Zurdo et al.(2016), Q. ilex subsp. balta (Desf.) Samp., Который растет на более континентальных участках и на высоте Q. ilex , и Q. suber , который имеет менее континентальный диапазон, морозостойкость составляет около −17 ° C для первого вида и около −10 ° C для второго вида (González-Zurdo et al., 2016). Тем не менее, некоторые вечнозеленые широколиственные виды могут переносить исключительные отрицательные температуры от -35 до -40 ° C (Nilsen 1991, Rajashekar and Lafta 1996), и вопрос заключается в том, насколько общая взаимосвязь между жесткостью листьев и морозостойкостью.Парадоксально, но у видов Rhododendron с умеренным климатом виды с более жесткими листьями и более жесткими клеточными стенками и более низкими осмотическими потенциалами действительно имели более низкие точки замерзания листьев и температуры переохлаждения, но, тем не менее, их листья имели более низкую морозостойкость, чем у видов с менее жесткими листьями (Nilsen 1991), предполагая, что увеличение морозостойкости от -10 до -20 ° C до более низких температур зависит от других характеристик, помимо тех, которые определяют прочность листа.

Фактически, у видов Rhododendron устойчивость листьев к замораживанию сильно коррелировала с избеганием повреждений от зимнего фотоингибирования (Bao and Nilsen 1988, Nilsen 1990, Russell et al.2009 г.). Степень повреждения отрицательно масштабировалась в зависимости от способности листа к термомеханическому моменту, включая изменение угла листа и скручивание листа (Nilsen 1991, Nilsen and Tolbert 1993). Виды с более эластичными клеточными стенками и более тонким эпидермисом обладали большей способностью к изменению угла наклона листа и к скручиванию листьев, и были эффективно подвержены более низким уровням солнечной радиации, чем виды нетермонастических (Nilsen and Tolbert 1993, Wang et al. 2008). Уменьшение площади открытых листьев из-за скручивания также было связано с уменьшением потери воды листьями и снижением скорости оттаивания листьев под воздействием света (Nilsen 1990).Хотя у вечнозеленых видов Rhododendron наблюдаются наиболее характерные изменения формы листьев при воздействии низких температур, аналогичные изменения происходят и у многих других видов, включая Aucuba japonica Thunb., Buxus sempervirens L. и Camellia japonica L. , которые все имеют относительно эластичные клеточные стенки.

Аналогичные корреляции устойчивости к холоду и замораживанию с фотоингибиторным повреждением наблюдались и у других видов, которые не обязательно меняют форму листьев при замораживании (Boese and Huner 1990, Cavender-Bares et al.1999, Cavender-Bares 2007, Kurtz et al. 2013), включая средиземноморский Quercus видов (Cavender-Bares et al. 2005). Очевидно, что большая толщина, особенно наличие более толстого эпидермального слоя, снижает среднюю интенсивность света, достигающего внутренней части листа, тем самым снижая вероятность фотоповреждения. Таким образом, увеличение толщины листа с понижением минимальной температуры участка, как наблюдали González-Zurdo et al. (2016) также могут подчеркнуть роль толщины в предотвращении фотоингибирования.Конечно, помимо толщины как таковой, оптические характеристики поверхности листа и накопление антиоксидантов и фотозащитных пигментов могут играть роль в устойчивости к фотоингибированию (Streb et al. 1998, García-Plazaola and Becerril 2000, Cescatti and Niinemets 2004). На данный момент имеются ограниченные данные о влиянии температуры участка на антиоксиданты, защитные пигменты и характеристики поверхности листьев в Q. ilex (Camarero et al. 2012). На трех участках, изученных Camarero et al.(2012), минимальное влияние температуры на пигменты и оптику листьев не было четко определено, что потребовало дополнительных исследований роли устойчивости к фотоингибированию в устойчивости к замораживанию у средиземноморских вечнозеленых видов на большем количестве участков.

Устойчивость к различным стрессам в зависимости от продолжительности жизни листьев: мороз против засухи

Средиземноморские вечнозеленые растения подвержены воздействию суровой зимы и жаркого и сухого лета в своих высотных и континентальных пределах распространения. Традиционно склерофиллический облик листьев у этих видов ассоциировался с устойчивостью к периодам засухи (Mooney and Dunn 1970, Kummerow 1973, Oertli et al.1990). В частности, толстые жесткие клеточные стенки, соответствующие высокому модулю объемной упругости листа, были связаны с большей способностью извлекать воду из высыхающей почвы при данном изменении симпластического содержания воды в листьях (Niinemets 2001). Вопреки этому ожиданию, осадки оказали более слабое влияние на характеристики листьев, чем минимальная температура у вечнозеленых растений, исследованных Гонсалес-Зурдо и др. (2016), предполагая, что изменения в устойчивости листьев в первую очередь отражают адаптацию этих видов к зимним условиям.Аналогичным образом, видовые различия в модуле упругости объемных листьев были связаны в первую очередь с устойчивостью к замораживанию, а не с устойчивостью к засухе у степных видов Патагонии (Scholz et al. 2012).

Однако у видов Rhododendron наблюдался компромисс между засухой и морозостойкостью; Нетермонастические виды с более толстым эпидермисом и менее эластичными клеточными стенками (например, R. ponticum L.) были более устойчивы к засухе и менее морозостойки, чем термонастические виды с более эластичными клеточными стенками (например, R. ponticum L.)g., R. catawbiense Michx.) (Nilsen 1991, Nilsen and Tolbert 1993, Wang et al. 2008). Это очевидное противоречие между широколиственными вечнозелеными растениями из сред обитания, подверженных засухе, может отражать общий более высокий конститутивный уровень адаптации клеточной стенки, чтобы справиться со стрессом засухи у видов из подверженных засухе местообитаний.

В настоящее время остается неясным, в какой степени сильное влияние минимальной температуры участка на характеристики листьев в исследовании González-Zurdo et al.(2016) определяется экотипическими (генетическими) и пластическими компонентами фенотипической дисперсии. Обычные садовые исследования показали, что высотная изменчивость в чертах листьев обусловлена ​​обоими компонентами дисперсии, тогда как важность экотипических и пластических источников изменчивости различна для разных черт и может варьироваться между видами (Китайма и др., 1997, Корделл и др. 1998, Брессон и др. 2011, Томас 2011). Другой вопрос — в какой степени способность к пластическим модификациям различается для разных экотипов в пределах климатического ареала вида.Есть свидетельства того, что это прежде всего пластический ответ, а не генотипическая дифференциация, ответственная за морозостойкость и засухоустойчивость Q. ilex в его конкретных местах роста (Gimeno et al. 2009). Тем не менее, на всей территории распространения Q. ilex характеристики листа определялись осадками и температурой сложным образом, при этом минимальная температура не всегда была значимым предиктором структурных и / или фотосинтетических характеристик листа (Niinemets 2015). .

Ограничивает ли повышенная стоимость листьев в холодном климате формирование навеса?

Классические исследования показали, что увеличение продолжительности жизни листа позволяет амортизировать стоимость листа в течение более длительного периода времени и, таким образом, создавать более обширный навес для перехвата света (Schulze et al. 1977, 1986, Kikuzawa 1995). В условиях конкуренции большая площадь листьев является важным средством для затенения соседей и захвата большего количества ресурсов окружающей среды (Givnish 1978, Schiving and Poorter 1999, Anten 2002).Хотя увеличение толщины листа и M _A обычно связано с увеличением продолжительности жизни листа, долговечность листа не изменилась с уменьшением минимальных температур в исследовании González-Zurdo et al. (2016). Это контрастирует с наблюдаемыми и теоретически предсказанными мировыми тенденциями в M _A и зависимостями продолжительности жизни листа, которые становятся более крутыми с понижением температуры, то есть большей продолжительностью жизни при заданном M _A в более холодных условиях (Kikuzawa et al.2013). Однако эти глобальные прогнозы не учитывают другие потенциально взаимодействующие нагрузки в более жестких условиях, например, увеличение абразивного ветрового повреждения на более высоких участках, которое может ограничить продление срока службы листьев.

Кроме того, были получены данные о снижении фотосинтетической активности листвы в более холодных местах, что отражает снижение вложений азота в компоненты фотосинтетического аппарата (González-Zurdo et al. 2016). В дополнение к ограниченному вложению азота в фотосинтетические механизмы, которое может быть результатом большей доли азота, связанного с клеточными стенками (Hikosaka and Shigeno 2009), более жесткие листья обычно характеризуются большим ограничением фотосинтеза из-за ограничений диффузии устьиц и мезофилла, чем более мезофитные листья. (Hikosaka and Shigeno 2009, Niinemets et al.2011). Эти данные в совокупности указывают на то, что у вечнозеленых растений, изученных González-Zurdo et al. (2016), листья становились все более дорогостоящими на более холодных участках без связанных с ними преимуществ в отношении долголетия, что в целом означало более длительное время окупаемости листьев, что в конечном итоге могло привести к снижению доступности углерода для строительства листвы. Фактически, Огайя и Пенуэлас (2007) продемонстрировали, что индекс площади листа (LAI) навеса Q. ilex снижался с понижением минимальной температуры, что указывает на то, что растения в более холодных местах действительно поддерживают более низкие площади листьев.

В общем, очень немногие виды могут одновременно переносить мороз, засуху и тень (Лаанисто и Нийнемец 2015). Становление жесткости и улучшение способности справляться с морозами и засухой, но потеря способности поддерживать обширные индексы площади листьев, может в конечном итоге ограничить распространение вечнозеленых видов в конкурентных ситуациях, когда затенение лиственными соседями с более высоким LAI может ограничить доступность углерода для строительства листьев в вечнозеленых растениях.

Спектры экономики листа для конкретных видов в универсальном мировом экономическом спектре

Спектр экономики листа во всем мире характеризует скоординированные изменения в наборах характеристик листьев в условиях ограниченных ресурсов или богатых ресурсами сред (Wright et al.2004 г.). Виды, растущие в средах с ограниченными ресурсами, обычно обладают высокой продолжительностью жизни листьев, низкой фотосинтетической способностью и содержанием азота в пересчете на сухую массу ( N _m ) и высоким M _A , в то время как у видов в богатых ресурсами средах обитания наблюдается обратное. сочетание этих черт (Wright et al. 2004). Однако универсальный спектр признаков листа состоит из внутривидовых спектров признаков, которые формируются пластичными и экотипическими источниками изменчивости признаков (Niinemets 2015).В исследовании González-Zurdo et al. (2016) показывает, что локальная адаптация к заданному давлению окружающей среды может привести к внутривидовым комбинациям признаков, которые явно противоречат тенденциям в пределах универсального спектра признаков, включая низкий и высокий M _A по сравнению с инвариантным N _m и листовой жизнью. пролет, высокое M _A и высокое содержание фосфора на сухую массу ( P _m ; рисунок).

Ранее было продемонстрировано, что тень — это среда с низким уровнем ресурсов, которая может привести к вариациям характеристик, противоположным тем, которые предсказываются мировым экономическим спектром (Lusk et al.2008, Халлик и др. 2009 г.). Результаты González-Zurdo et al. (2016) и приведенные выше данные указывают на то, что адаптация к морозу может по-разному формировать различные функциональные признаки с потенциальными последствиями для масштабирования общих признаков. В то время как неизменность N _m в средах обитания с различной температурой имела незначительное влияние на широкое масштабирование N _m с M _A (Рисунок b), сильное положительное масштабирование обоих M _A и P _m с минимальной температурой привели к значительным внутривидовым корреляциям, но общая тенденция по видам рухнула (Рисунок c).Отражает ли масштабирование P _m с продолжительностью периода замерзания изменения питания на участках (например, Maire et al. 2015) или физиологические реакции акклиматизации, такие как накопление фосфолипидов для повышения криотолерантности мембран (Siminovitch et al. 1975). , Willemot 1975) неясно. Тем не менее, это несоответствие между внутривидовыми и межвидовыми соотношениями признаков листа является важным свидетельством того, как факторы окружающей среды могут изменить сети корреляции признаков.Учитывая контрастные стратегии структурной адаптации к морозу у вечнозеленых видов с эластичными (например, рододендроны и их союзники) и неэластичными клеточными стенками (например, средиземноморские вечнозеленые растения), необходимы дальнейшие исследования, чтобы получить представление о влиянии таких расходящихся реакций на характеристики листьев. отношения в вечнозеленых деревьях.

Ссылки

• Аллен Д.Д., Орт Д.Р. (2001) Влияние низких температур на фотосинтез у растений с теплым климатом. Тенденции Plant Sci 6: 36–42. DOI: 10.1016 / S1360-1385 (00) 01808-2 [PubMed] [Google Scholar]
• Антенна NPR. (2002) Эволюционно стабильное образование площади листьев в популяциях растений. J Теор Биол 217: 15–32. doi: 10.1006 / jtbi.2002.3022 [PubMed] [Google Scholar]
• Аткин О.К., Ботман Б., Ламберс Х. (1996) Причины медленного роста альпийских растений: анализ, основанный на основной углеродной экономике альпийских и низинных территорий Мятлик видов. Funct Ecol 10: 698–707. DOI: 10.2307 / 23

  [Google Scholar]

• Болдуин Л., Домон Дж. М., Климек Дж. Ф. и др.(2014) Изменение структуры пектинов клеточной стенки сопровождает развитие гороха в ответ на холод. Фитохимия 104: 37–47. doi: 10.1016 / j.phytochem.2014.04.011 [PubMed] [Google Scholar]
• Ball MC, Wolfe J, Canny M, Hofmann M, Nicotra AB, Hughes D (2002) Пространственная и временная зависимость температуры и замораживания вечнозеленых растений листья. Функт Растение Биол 29: 1259–1272. doi: 10.1071 / FP02037 [Google Scholar]
• Bao Y, Nilsen ET (1988) Экофизиологическое значение движений листьев в Rhododendron maximum .Экология 69: 1578–1587. doi: 10.2307 / 1941655 [Google Scholar]
• Boese SR, Huner NPA (1990) Влияние температуры роста и температурных сдвигов на морфологию листьев шпината и фотосинтез. Физиология растений 94: 1830–1836. doi: 10.1104 / pp.94.4.1830 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Bresson CC, Vitasse Y, Kremer A, Delzon S (2011) В какой степени высотные вариации функциональных признаков обусловлены генетической адаптацией в европейском дубе и буке? Tree Physiol 31: 1164–1174.doi: 10.1093 / treephys / tpr084 [PubMed] [Google Scholar]
• Burr KE, Hawkins CDB, L’Hirondelle SJ, Binder WD, George MF, Repo T (2001) Методы измерения морозостойкости хвойных пород. В: Bigras FJ, Colombo SJ (ред.) Холодостойкость хвойных пород. Kluwer Academic Publishers, Дордрехт, стр. 369–401. [Google Scholar]
• Camarero JJ, Olano JM, Arroyo Alfaro SJ, Fernández-Marín B, Becerril JM, García-Plazaola JI (2012) Фотозащитные механизмы в Quercus ilex в контрастных климатических условиях.Флора 207: 557–564. doi: 10.1016 / j.flora.2012.06.003 [Google Scholar]
• Cavender-Bares J. (2007) Переохлаждение и замораживание живых дубов ( Quercus section Virentes ): внутри- и межвидовые вариации в Чувствительность PS II соответствует широте происхождения. Photosynth Res 94: 437–453. doi: 10.1007 / s11120-007-9215-8 [PubMed] [Google Scholar]
• Cavender-Bares J, Apostol S, Moya I, Briantais JM, Bazzaz FA (1999) Ингибирование фотоиндуцированного холода у двух видов дуба: вечнозеленых листья лучше защищены, чем листопадные? Фотосинтетика 36: 587–596.doi: 10.1023 / A: 1007000406399 [Google Scholar]
• Cavender-Bares J, Cortes P, Rambal S, Joffre R, Miles B, Rocheteau A (2005) Летняя и зимняя чувствительность листьев и ксилемы к минимальным температурам замерзания: сравнение из произрастающих средиземноморских дубов, различающихся продолжительностью жизни листьев. Новый Фитол 168: 597–612. doi: 10.1111 / j.1469-8137.2005.01555.x [PubMed] [Google Scholar]
• Cescatti A, Niinemets Ü (2004) Захват солнечного света. Лист к пейзажу. В: Smith WK, Vogelmann TC, Chritchley C (eds) Фотосинтетическая адаптация.Хлоропласт для ландшафта. Springer, Berlin, стр. 42–85. [Google Scholar]
• Cordell S, Goldstein G, Mueller-Dombois D, Webb D, Vitousek PM (1998) Физиологические и морфологические изменения у Metrosideros polymorpha , доминирующего вида гавайских деревьев, вдоль высотного градиента: роль фенотипа пластичность. Экология 113: 188–196. doi: 10.1007 / s004420050367 [PubMed] [Google Scholar]
• Дэвид Т.С., Энрикес МО, Курц-Бессон С. и др. (2007) Стратегии водопользования в двух сосуществующих средиземноморских вечнозеленых дубах: пережить летнюю засуху.Tree Physiol 27: 793–803. DOI: 10.1093 / treephys / 27.6.793 [PubMed] [Google Scholar]
• Домон Дж. М., Болдуин Л., Акет С. и др. (2013) Модификации состава клеточных стенок экотипов Miscanthus в ответ на холодовую акклиматизацию. Фитохимия 85: 51–61. doi: 10.1016 / j.phytochem.2012.09.001 [PubMed] [Google Scholar]
• Fall R, Karl T., Jordan A, Lindinger W (2001) Биогенные летучие органические соединения C5: выделение из листьев после ранений замораживанием-оттаиванием и попадание в воздух в высокогорной обсерватории.Атмос Энвирон 35: 3905–3916. doi: 10.1016 / S1352-2310 (01) 00141-8 [Google Scholar]
• Гарсия-Плазаола Дж. И., Бесеррил Дж. М. (2000) Механизмы фотозащиты у проростков европейского бука ( Fagus sylvatica L.) из различного климатического происхождения. Деревья 14: 339–343. [Google Scholar]
• Gimeno TE, Pias B, Lemos-Filho JP, Valladares F (2009) Пластичность и стрессоустойчивость преобладают над местной адаптацией в ответах сеянцев средиземноморского каменного дуба на засуху и холод. Tree Physiol 29: 87–98.DOI: 10.1093 / treephys / tpn007 [PubMed] [Google Scholar]
• Givnish TJ. (1978) Экологические аспекты морфологии растений: форма листа по отношению к окружающей среде. Acta Biotheor 27: 83–142. [Google Scholar]
• González-Zurdo P, Escudero A, Babiano J, García-Ciudad A, Mediavilla S (2016) Затраты на укрепление листьев в ответ на зимние холода у вечнозеленых видов. Tree Physiol 36: 273–286. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Gray GR, Chauvin L-P, Sarhan F, Huner NPA (1997) Холодная акклиматизация и морозостойкость.Сложное взаимодействие света и температуры. Физиология растений 114: 467–474. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Hallik L, Niinemets Ü, Wright IJ (2009) Отражается ли оттенок и засухоустойчивость видов на структурной и функциональной дифференциации на уровне листьев в умеренной древесной флоре Северного полушария? Новый Фитол 184: 257–274. doi: 10.1111 / j.1469-8137.2009.02918.x [PubMed] [Google Scholar]
• Herrick GT, Friedland AJ (1991) Зимнее усыхание и повреждение субальпийской красной ели.Tree Physiol 8: 23–36. doi: 10.1093 / treephys / 8.1.23 [PubMed] [Google Scholar]
• Hikosaka K, Shigeno A (2009) Роль Rubisco и клеточных стенок в межвидовой изменчивости фотосинтетической способности. Экология 160: 443–451. doi: 10.1007 / s00442-009-1315-z [PubMed] [Google Scholar]
• Huner NPA, Öquist G, Sarhan F (1998) Энергетический баланс и акклиматизация к свету и холоду. Тенденции Plant Sci 3: 224–230. doi: 10.1016 / S1360-1385 (98) 01248-5 [Google Scholar]
• Иванов А.Г., Сане П.В., Зейналов Ю., Мальмберг Г., Гардестрем П., Хунер НПА, Оквист Г. (2001) Регулировка фотосинтетического транспорта электронов у зимующей сосны обыкновенной ( Pinus sylvestris L.). Planta 213: 575–585. doi: 10.1007 / s004250100522 [PubMed] [Google Scholar]
• Кикудзава К. (1995) Основа для различий в продолжительности жизни листьев растений. Vegetatio 121: 89–100. doi: 10.1007 / BF00044675 [Google Scholar]
• Kikuzawa K, Onoda Y, Wright IJ, Reich PB (2013) Механизмы, лежащие в основе глобальных зависимых от температуры моделей долголетия листьев. Глоб Экол Биогеогр 22: 982–993. doi: 10.1111 / geb.12042 [Google Scholar]
• Китайма К., Паттисон Р., Корделл С., Вебб Д., Мюллер-Домбуа Д. (1997) Экологические и генетические последствия полиморфизма листвы у Metrosideros polymorpha Gaud.( Myrtaceae ) в матрице местообитаний на Мауна-Лоа, Гавайи. Энн Бот 80: 491–497. doi: 10.1006 / anbo.1996.0473 [Google Scholar]
• Koppel A, Heinsoo K (1994) Изменчивость сопротивления кутикулы Picea abies (L.) Karst. и его значение в зимнем высыхании. Proc Estonian Acad Sci Ecol 4: 56–63. [Google Scholar]
• Кёрнер С., Баннистер П., Марк А.Ф. (1986) Высотные вариации устьичной проводимости, содержания азота и анатомии листьев у различных жизненных форм растений в Новой Зеландии.Экология 69: 577–588. doi: 10.1007 / BF00410366 [PubMed] [Google Scholar]
• Körner C, Neumayer M, Pelaez Menendez-Riedl S, Smeets-Scheel A (1989) Функциональная морфология горных растений. Флора 182: 353–383. [Google Scholar]
• Куммеров Дж. (1973) Сравнительная анатомия склерофиллов средиземноморских климатических зон: происхождение и строение. В: ди Кастри Ф., Муни Х.А. (ред.) Экосистемы средиземноморского типа. Springer, Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк, стр. 157–167. [Google Scholar]
• Kurtz CM, Savage JA, Huang I-Y, Cavender-Bares J (2013) Последствия засоления и морозного стресса для двух популяций Quercus virginiana Mill.(Fagaceae) выращивают в общем саду. Джей Торри Бот Соц 140: 145–156. doi: 10.3159 / TORREY-D-12-00060.1 [Google Scholar]
• Лаанисто Л., Ниинеметс Ü (2015) Политолерантность к абиотическим стрессам: насколько универсален компромисс между переносимостью тени и засухой у древесных пород? Глоб Экол Биогеогр 24: 571–580. doi: 10.1111 / geb.12288 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Lamontagne M, Margolis H, Bigras F (1998) Фотосинтез черной ели, сосны великан и дрожащей осины после искусственно вызванного замораживания во время выращивания сезон.Может J для Res 28: 1–12. doi: 10.1139 / x97-184 [Google Scholar]
• Ларчер В. (1985) Зимний стресс в высокогорье. В: Turner H, Tranquillini W (eds) Создание и уход за субальпийскими лесами: исследования и управление. Eidgenössische Anstalt für forstliches Versuchswesen, Birmensdorf, стр. 11–19. [Google Scholar]
• Larcher W, Mair B (1969) Die Temperaturresistenz als ökophysiologisches Konstitutionsmerkmal. 1. Quercus ilex und andere Eichenarten des Mittelmeergebietes.Завод Oecol 4: 347–375. [Google Scholar]
• Le Gall H, Philippe F, Domon J-M, Gillet F, Pelloux J, Rayon C (2015) Метаболизм клеточной стенки в ответ на абиотический стресс. Растения 4: 112–166. doi: 10.3390 / Plants4010112 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Lusk CH, Reich PB, Montgomery RA, Ackerly DD, Cavender-Bares J (2008) Почему вечнозеленые листья так противоречат тени? Тенденции Ecol Evol 23: 299–303. DOI: 10.1016 / j.tree.2008.02.006 [PubMed] [Google Scholar]
• Мэйр В., Райт И.Дж., Прентис И.К. и др.(2015) Глобальное влияние почвы и климата на характеристики и скорость фотосинтеза листьев. Глоб Экол Биогеогр 24: 706–717. doi: 10.1111 / geb.12296 [Google Scholar]
• Mooney HA, Dunn EL (1970) Конвергентная эволюция вечнозеленых склерофилловых кустарников средиземноморского климата. Эволюция 24: 292–303. doi: 10.2307 / 2406805 [PubMed] [Google Scholar]
• Niinemets Ü. (2001) Глобальный климатический контроль сухой массы листьев по площади, плотности и толщине у деревьев и кустарников. Экология 82: 453–469. DOI: 10.1890 / 0012-9658 (2001) 082 [0453: GSCCOL] 2.0.CO; 2 [Google Scholar]
• Niinemets Ü. (2015) Существует ли спектр видов в мировом спектре экономики листа? Основные различия в функциональных характеристиках листа в средиземноморском склерофилле Quercus ilex . Новый Фитол 205: 79–96. doi: 10.1111 / nph.13001 [PubMed] [Google Scholar]
• Niinemets Ü, Flexas J, Peñuelas J (2011) Вечнозеленые растения предпочитают более высокую чувствительность к повышенному CO ₂ . Тенденции Ecol Evol 26: 136–142. doi: 10.1016 / j.tree.2010.12.012 [PubMed] [Google Scholar]
• Nilsen ET.(1990) Почему листья Rhododendron скручиваются? Арноидия 50: 30–35. [Google Scholar]
• Nilsen ET. (1991) Взаимосвязь между морозостойкостью и термотропным движением листьев у пяти видов Rhododendron . Экология 87: 63–71. doi: 10.1007 / BF00323781 [PubMed] [Google Scholar]
• Nilsen ET, Tolbert A (1993) Придает ли зимнее скручивание листьев устойчивость к холодному стрессу у Rhododendron ? J Am Rhododendron Soc 47: 98–104. [Google Scholar]
• Oertli JJ, Lips SH, Agami M (1990) Сила склерофиллярных клеток противостоять коллапсу из-за отрицательного тургорного давления.Acta Oecol 11: 281–289. [Google Scholar]
• Огайя Р., Пеньуэлас Дж. (2007) Соотношение массы листа к площади у листьев Quercus ilex в широком диапазоне климатических условий. Важность низких температур. Acta Oecol 31: 168–173. doi: 10.1016 / j.actao.2006.07.004 [Google Scholar]
• Öquist G, Huner NPA (1993) Вызванная холодом устойчивость к фотоингибированию фотосинтеза у озимой ржи зависит от повышенной способности к фотосинтезу. Planta 189: 150–156. DOI: 10.1007 / BF00201355 [Google Scholar]
• Poorter H, Niinemets Ü, Poorter L, Wright IJ, Villar R (2009) Обзор Тэнсли. Причины и последствия изменения массы листьев на площади (LMA): метаанализ. Новый Фитол 182: 565–588. doi: 10.1111 / j.1469-8137.2009.02830.x [PubMed] [Google Scholar]
• Rajashekar CB, Burke MJ (1996) Характеристики замораживания твердых тканей растений. Развитие клеточного напряжения во время внеклеточного замораживания. Физиология растений 111: 597–603. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Rajashekar CB, Lafta A (1996) Изменения клеточной стенки и напряжение клеток в ответ на холодовую акклиматизацию и экзогенную абсцизовую кислоту в листьях и культурах клеток.Физиология растений 111: 605–612. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Reichstein M, Tenhunen JD, Roupsard O, Ourcival JM, Rambal S, Dore S, Valentini R (2002) Дыхание экосистемы в двух средиземноморских вечнозеленых лесах каменного дуба: эффекты засухи и динамика разложения. Funct Ecol 16: 27–39. doi: 10.1046 / j.0269-8463.2001.00597.x [Google Scholar]
• Russell RB, Lei TT, Nilsen ET (2009) Вызванные замораживанием движения листьев и их потенциальные последствия для увеличения углерода ранней весной: Максимум рододендрона в качестве образца .Funct Ecol 23: 463–471. doi: 10.1111 / j.1365-2435.2008.01534.x [Google Scholar]
• Schiving F, Poorter H (1999) Прирост углерода в многовидовом пологе: роль конкретной площади листа и эффективности фотосинтетического использования азота в трагедии общественное достояние. Новый Фитол 143: 201–211. doi: 10.1046 / j.1469-8137.1999.00431.x [Google Scholar]
• Scholz FG, Bucci SJ, Arias N, Meinzer FC, Goldstein G (2012) Осмотические и эластичные корректировки в холодных пустынных кустарниках с разной глубиной укоренения: преодоление с засухой и минусовыми температурами.Экология 170: 885–897. doi: 10.1007 / s00442-012-2368-y [PubMed] [Google Scholar]
• Schulze ED, Fuchs M, Fuchs MI (1977) Пространственное распределение фотосинтетической способности и производительности в горных еловых лесах на севере Германии. III. Значение вечнозеленой привычки. Экология 30: 239–248. doi: 10.1007 / BF01833630 [PubMed] [Google Scholar]
• Schulze ED, Küppers M, Matyssek R (1986) Роли углеродного баланса и схемы ветвления в росте древесных пород. В: Givnish TJ.(ред.) Об экономии формы и функции растений. Материалы шестого симпозиума Марии Мурс Кэбот, «Эволюционные ограничения первичной продуктивности: адаптивные модели захвата энергии в растениях», Гарвардский лес, август 1983 г. Издательство Кембриджского университета, Кембридж, Лондон, Нью-Йорк, Нью-Рошель, Мельбурн, Сидней, стр. 585–602. [Google Scholar]
• Симинович Д., Сингх Дж., Де ла Рош И.А. (1975) Исследования мембран в растительных клетках, устойчивых к сильному замораживанию. I. Увеличение фосфолипидов и мембранного вещества без изменения ненасыщенности жирных кислот при закаливании коры черной акации.Криобиология 12: 144–153. doi: 10.1016 / S0011-2240 (75) 80006-X [PubMed] [Google Scholar]
• Solecka D, ebrowski J, Kacperska A (2008) Участвуют ли пектины в акклиматизации к холоду и деакклимации растений озимого масличного рапса ? Энн Бот 101: 521–530. doi: 10.1093 / aob / mcm329 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Stefanowska M, Kuraś M, Kubacka-Zebalska M, Kacperska A (1999) Низкая температура влияет на характер роста листьев и структуру клеточных стенок в озимый масличный рапс ( Brassica napus L., вар. oleifera L.). Энн Бот 84: 313–319. doi: 10.1006 / anbo.1999.0924 [Google Scholar]
• Штеффен К.Л., Арора Р., Палта Дж. П. (1989) Относительная чувствительность фотосинтеза и дыхания к стрессу от замораживания-оттаивания у травянистых видов: важность реалистичных протоколов замораживания-оттаивания. Физиология растений 89: 1372–1379. doi: 10.1104 / pp.89.4.1372 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Streb P, Shang W, Feierabend J, Bligny R (1998) Дивергентные стратегии фотозащиты высокогорных растений.Planta 207: 313–324. DOI: 10.1007 / s004250050488 [Google Scholar]
• Thomas SC. (2011) Генетические и фенотипические реакции деревьев на высоту. Tree Physiol 31: 1161–1163. DOI: 10.1093 / treephys / tpr105 [PubMed] [Google Scholar]
• Ван Сост П.Дж. (1994) Экология питания жвачных животных. 2-е изд. Издательство Корнельского университета, Итака, Нью-Йорк, 479 стр. [Google Scholar]
• Venema JH, Villerius L, van Hasselt PR (2000) Влияние акклиматизации к субоптимальной температуре на фотоповреждения, вызванные переохлаждением: сравнение домашних и высокогорных диких видов Lycopersicon .Растениеводство 152: 153–163. doi: 10.1016 / S0168-9452 (99) 00228-9 [Google Scholar]
• Ван X, Арора Р., Хорнер Х.Т., Кребс С.Л. (2008) Структурные адаптации зимующих листьев термонастических и нетермонастических видов Rhododendron . J Am Soc Hortic Sci 133: 768–776. [Google Scholar]
• Weiser RL, Wallner SJ, Waddell JW (1990) Изменения клеточной стенки и мРНК экстенсина во время акклиматизации проростков гороха к холоду. Физиология растений 93: 1021–1026. doi: 10.1104 / pp.93.3.1021 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Виллемот К.(1975) Стимуляция биосинтеза фосфолипидов при морозном закаливании озимой пшеницы. Физиология растений 55: 356–359. doi: 10.1104 / pp.55.2.356 [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
• Woodward FI. (1979) Дифференциальный температурный отклик роста определенных видов растений с разных высот. II. Анализ контроля и морфологии распространения листа и удельной площади листа Phleum bertolonii D. 3 $ — давление на стенки ямы?

  Классная проблема! Немного о термодинамике фазовых переходов, хотя для полного ответа потребуется больше информации, например.г. температура окружающего воздуха, температура поверхности контейнера и диапазон температур изменяются для каждого из них, если применимо. Возможно, для этого вам придется выбросить старую книгу pchem.

  Вода сначала замерзнет на границе, где она теряет энергию. Давайте посмотрим на сценарии:

  1) вода сначала замерзает сверху, потому что именно там она быстрее всего теряет энергию. — чем толще становится слой воды, тем больше у вас шансов повредить контейнер, потому что замерзший слой остается на месте, а жидкая вода под ним замерзает и расширяется.Он расширится на путь наименьшего сопротивления; вполне вероятно, что по мере того, как ледяная стенка становится толще, путь наименьшего сопротивления будет лежать в материале вашего контейнера, если только это не очень толстый и прочный материал. Из чего это сделано? Насколько он толстый?

  2) вода сначала замерзает у стенок контейнера (если стенки действительно холодные. Это снаружи или в лаборатории?) — если поверхность каждой стены имеет одинаковую температуру, вода будет равномерно замерзать и расширяться против жидкости к воздушной преграде.-2 = 1,422 фунта на квадратный дюйм, исходя только из веса. Жидкости будут оказывать давление на боковые стенки, но если у вас есть случай 2, лед не станет твердым.

  Это лучшее, что я могу сделать с данной информацией; замеры температуры от стен и воздуха, а также информация о емкости позволят более лаконично ответить на ваш вопрос.

  Информация о сублимационной сушке / лиофилизации: основные принципы

  Чтобы получить дополнительные полезные статьи и технические документы, посетите наш Учебный центр.

  Автор: Джон Барли, SP Scientific.
  

  ОБЗОР

  Сублимационная сушка — это удаление льда или других замороженных растворителей из материала в процессе сублимации и удаление связанных молекул воды в процессе десорбции.

  Лиофилизация и сублимационная сушка — это термины, которые используются взаимозаменяемо в зависимости от отрасли и места, где происходит сушка. Контролируемая сублимационная сушка поддерживает достаточно низкую температуру продукта во время процесса, чтобы избежать изменений внешнего вида и характеристик высушенного продукта.Это отличный метод для сохранения широкого спектра термочувствительных материалов, таких как белки, микробы, фармацевтические препараты, ткани и плазма.

  СУБЛИМАЦИЯ

  Сублимация — это когда твердое вещество (лед) непосредственно превращается в пар, не проходя сначала через жидкую (водную) фазу. Тщательное понимание концепции сублимации является ключевым строительным блоком для получения знаний о сублимационной сушке.

  Как показано ниже на фазовой диаграмме воды, для сублимации требуется низкое давление.

  Сублимация — это фазовый переход, и для его возникновения к замороженному продукту необходимо добавить тепловую энергию.

  Сублимацию в процессе сублимационной сушки можно описать просто как:

  1. FREEZE — Продукт полностью заморожен, обычно во флаконе, колбе или лотке.
  2. ВАКУУМ — Затем продукт помещается под глубокий вакуум, намного ниже тройной точки воды.
  3. DRY — Затем к продукту добавляется тепловая энергия, что приводит к возвышению льда.

  Шаги, необходимые для лиофилизации продукта в периодическом процессе, можно резюмировать следующим образом:

  • Предварительная обработка / состав
  • Загрузка / контейнер (навал, колба, флаконы)
  • Замораживание (термическая обработка) при атмосферном давлении
  • Первичная сушка (сублимация) под вакуумом
  • Вторичная сушка (десорбция) под вакуумом
  • Заполнение и укупорка (для продукта во флаконах) при частичном вакууме
  • Удаление высушенного продукта из сублимационной сушилки

  Помимо обеспечения увеличенного срока хранения, успешная сублимационная сушка должна давать продукт, который имеет короткое время восстановления с приемлемыми уровнями активности.Процесс должен быть повторяемым с четко определенными параметрами температуры, давления и времени для каждого шага. Визуальные и функциональные характеристики высушенного продукта также важны для многих областей применения.

  ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ МОРОЗИЛЬНОЙ СУШКИ

  Основными компонентами оборудования для сублимационной сушки являются:

  • Холодильная система
  • Вакуумная система
  • Система управления
  • Камера или коллектор продукта
  • Конденсатор

  Холодильная система охлаждает конденсатор (ледяной), расположенный внутри сублимационной сушилки.Система охлаждения также может использоваться для охлаждения полок в камере для продуктов с целью замораживания продукта.

  Вакуумная система состоит из отдельного вакуумного насоса, подключенного к герметичному конденсатору, и присоединенной камеры для продукта.

  Системы управления

  различаются по сложности и обычно включают возможность измерения температуры и давления. Усовершенствованные контроллеры позволят запрограммировать полный «рецепт» сублимационной сушки и будут включать опции для отслеживания хода процесса сублимационной сушки.Выбор системы управления для сублимационной сушилки зависит от области применения и использования (т.е. лаборатория или производство).

  Камеры для продуктов обычно представляют собой либо коллектор с прикрепленными к нему колбами, либо большую камеру с системой полок, на которых можно разместить продукт.

  Конденсатор предназначен для отвода сублимационных паров продукта. Поскольку в конденсаторе поддерживается более низкий уровень энергии по сравнению со льдом продукта, пары конденсируются и снова превращаются в твердую форму (лед) в конденсаторе.Сублимированный лед накапливается в конденсаторе и удаляется вручную в конце цикла сублимационной сушки (этап размораживания). Требуемая температура конденсатора определяется точкой замерзания и температурой разрушения продукта. Система охлаждения должна поддерживать температуру конденсатора существенно ниже температуры продукта.

  В полочных сублимационных сушилках конденсатор может быть расположен внутри камеры продукта (внутренний конденсатор) или в отдельной камере (внешний конденсатор), соединенной с камерой продукта паровым портом.

  Сублимационная сушилка с коллектором

  зависит от условий окружающей среды, чтобы обеспечить теплоту сублимации продукту. Это подводимое тепло не приводит к плавлению продукта, поскольку эквивалентное количество тепла удаляется при испарении растворителя. Усовершенствованные полочные сублимационные сушилки могут служить источником тепла для управления / ускорения процесса сушки, а также могут использовать систему охлаждения, позволяющую замораживать продукт внутри устройства.

  Сублимационные сушилки могут быть неофициально классифицированы по типу камеры для продуктов: (1) Коллекторные сушилки, где продукт обычно предварительно замораживается и находится в колбах (2) Полочные сушилки, где продукт помещается в лоток или непосредственно на полку (3 ) Комбинированные агрегаты с обоими вариантами сушки.

  
  

  Сублимационные сушилки

  также можно сгруппировать по размеру и использованию: (1) лабораторные настольные установки для НИОКР (2) пилотные установки для разработки процессов и масштабирования и (3) установки более крупных производственных размеров. Следует отметить, что в дополнение к работам по масштабированию процесса, сублимационные сушилки пилотного размера часто используются для исследований и разработок продукции, а также для небольших объемов производства.

  Выбор сублимационной сушилки зависит от характеристик продукта, а также от многих других переменных, зависящих от области применения, включая контейнер, в котором будет сушиться продукт, площадь полки или количество отверстий, требуемых для размещения количества, подлежащего сушке в каждой партии, общий объем конденсируемого льда и наличие каких-либо органических растворителей.Также необходимо учитывать тип и форму сушимого продукта, а также его конечное использование.

  КОНТЕЙНЕРЫ И КОНТЕЙНЕРЫ ДЛЯ ПРОДУКЦИИ

  Для продукта необходимо выбрать подходящую контейнерную систему. Наиболее распространенными контейнерами для продуктов являются колбы, флаконы и подносы. Если возможно, рекомендуется выбрать контейнер, в котором максимальная толщина продукта не превышает дюйма (2 см). Специальные контейнеры из Gore-Tex® и Tyvek® также доступны для конкретных применений, когда загрязнение продукта вызывает беспокойство.

  Подносы для продуктов со съемным дном доступны при работе с флаконами. В лоток загружаются флаконы, которые помещаются на полку в сублимационной сушилке, а затем нижняя часть лотка выдвигается. Это позволяет флаконам стоять прямо на полке и увеличивает теплопередачу к продукту.

  Специальные системы герметизации, такие как перчаточные боксы, необходимы для сублимационной сушки определенных продуктов, особенно при наличии токсичных материалов.

  ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ И ФОРМУЛЯЦИИ

  Понимание физических свойств лиофилизированных материалов является ключевой частью в разработке успешного процесса лиофилизации.Хотя некоторые продукты представляют собой простые кристаллические материалы, подавляющее большинство лиофилизированных продуктов являются аморфными и образуют стеклообразное состояние при замораживании.

  Обработка и разработка рецептуры — важные шаги, которые часто предпринимаются для того, чтобы сделать продукт готовым к сублимационной сушке и пригодным для его конкретного применения. Выбор наполнителей, добавляемых в состав, может серьезно повлиять на тепловые характеристики продукта и его способность лиофилизироваться за разумный промежуток времени.

  РЕЦЕПТ ЗАМОРАЖИВАНИЯ

  Лиофилизация в полочной сублимационной сушилке требует разработки рабочего процесса или цикла, который иногда называют «рецептом». Как правило, замораживание и сушка продукта включают несколько этапов. Для каждого шага необходимо определять индивидуальные настройки температуры, давления и времени.

  Каждый конкретный продукт или состав, который лиофилизируется, требует разработки процесса сублимационной сушки, основанного на уникальных характеристиках продукта, количестве продукта и используемой емкости.Не существует универсального «безопасного» рецепта, который работал бы с каждым продуктом.

  ЗАМОРАЖИВАНИЕ

  Чрезвычайно важно, чтобы образец был полностью заморожен до вакуумирования и начала процесса сушки. Незамороженный продукт может расширяться за пределы контейнера при помещении под вакуумом.

  
  

  В простых коллекторных сублимационных сушилках продукт помещается во флакон или колбу, в зависимости от количества, а затем замораживается в отдельном оборудовании.Опции включают стандартные лабораторные морозильные камеры, ванны с раковиной и прямое погружение в жидкий азот.

  Замораживание в раковине (бане) включает вращение колбы, содержащей образец, в ванне для замораживания, так что образец замерзает на стенках колбы. Этот метод замораживания увеличивает площадь поверхности продукта и сводит к минимуму его толщину. Лучше не замораживать большой блок образца на дне колбы, потому что образец будет слишком толстым для эффективного удаления воды. Также колба может сломаться из-за неравномерного напряжения.

  
  Более совершенные полочные сублимационные сушилки имеют возможность замораживания, встроенную в полку для продуктов, что позволяет замораживать продукты внутри сублимационной сушилки. Продукт либо предварительно загружают во флаконы, которые затем переносят на полку, либо загружают насыпью прямо на лоток для продукта.

  Полочные сублимационные сушилки

  позволяют точно контролировать скорость охлаждения, которая влияет на скорость замораживания продукта и размер кристаллов. Более крупные кристаллы льда повышают скорость процесса сублимационной сушки из-за того, что в высушенной части продукта остаются большие паровые пути, когда кристаллы льда сублимируются.

  Более медленные скорости охлаждения шельфа не обязательно приводят к появлению более крупных кристаллов льда из-за эффектов переохлаждения. Когда переохлажденная жидкость наконец замерзает, это происходит очень быстро, в результате чего кристаллы льда становятся меньшего размера. В чистой комнате с очень небольшим количеством частиц для образования льда происходит значительно большее переохлаждение.

  Некоторые биологические продукты не переносят большие кристаллы льда, и их необходимо подвергать сублимационной сушке с использованием кристаллов льда меньшего размера.

  ЭВТЕКТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА / КОНТАКТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА

  Определение критической температуры разрушения продукта — важный шаг в установлении и оптимизации процесса сублимационной сушки. Эта критическая температура определяет максимальную температуру, которую продукт может выдержать во время первичной сушки без его плавления или разрушения. Термический анализ (дифференциальная сканирующая калориметрия и лиофилизированная микроскопия) и анализ диэлектрического сопротивления являются общими методами, используемыми для определения этой критической температуры продукта.

  По структуре замороженные продукты можно разделить на кристаллическое или аморфное стекло. Кристаллические продукты имеют четко определенную «эвтектическую» точку замерзания / плавления, то есть температуру разрушения. Аморфные продукты имеют соответствующую температуру стеклования, и их гораздо труднее замораживать. Температура разрушения аморфных продуктов обычно на несколько градусов выше температуры стеклования. Хотя большинство материалов, подвергнутых сублимационной сушке, на самом деле аморфны, термин «эвтектика» часто используется (ошибочно) для описания точки замерзания / плавления любого продукта.

  В Руководстве FDA США по проверке лиофилизации парентеральных препаратов (http://www.fda.gov/ora/inspect_ref/igs/lyophi.html) говорится, что производитель должен знать точку эвтектики (критическую температуру разрушения) продукта. Хорошей практикой является определение температуры коллапса для всех новых инъекционных или проглатываемых лекарственных форм, подлежащих сублимационной сушке.

  Не зная критической температуры продукта, требуется метод проб и ошибок для определения подходящей температуры первичной сушки.Сначала можно использовать медленный консервативный цикл с низкими температурами и давлениями. Затем температуру и давление можно повышать в последующих циклах до тех пор, пока не появятся признаки разрушения или таяния, что указывает на то, что продукт был слишком теплым.

  ОТЖИГ

  Некоторые аморфные продукты (например, маннит или глицин) образуют метастабильное стекло с неполной кристаллизацией при первом замораживании. Эти продукты могут выиграть от процесса термической обработки, который также называется отжигом.Во время отжига температура продукта изменяется (например: от -40 ° C до -20 ° C в течение нескольких часов, а затем обратно до -40 ° C) для достижения более полной кристаллизации. Дополнительным преимуществом отжига является более крупный рост кристаллов и, соответственно, более короткое время сушки.

  ОРГАНИЧЕСКИЕ РАСТВОРИТЕЛИ

  Использование органических растворителей требует большего внимания в процессе сублимационной сушки. Для замораживания и конденсации растворителей требуются более низкие температуры, они могут легко обойти конденсатор и в конечном итоге вызвать повреждение вакуумного насоса.Имеются конструкции холодильных осушителей сублимационной сушкой, обеспечивающие более низкие температуры полки и конденсатора, необходимые для замораживания, а затем конденсации некоторых органических растворителей.

  Специальные фильтрующие элементы или ловушки с жидким азотом (LN2) могут потребоваться для улавливания / конденсации определенных растворителей с очень низкими температурами замерзания. При обращении с летучими и / или потенциально опасными материалами необходимо соблюдать меры безопасности.

  ПЕРВИЧНАЯ СУШКА

  Сушка вымораживанием фактически состоит из двух частей: первичной и вторичной сушки.Основная часть воды, удаляемая из продукта во время сублимационной сушки, происходит посредством сублимации всех кристаллов свободного льда на стадии первичной сушки. Органические растворители также удаляются при первичной сушке.

  Первичная сушка (сублимация) — это медленный процесс, проводимый при более низких температурах, безопасно ниже критической температуры разрушения продукта. Сублимация требует тепловой энергии, чтобы управлять процессом фазового перехода от твердого тела к газу. При сублимационной сушке продукта необходимо учитывать все три метода теплопередачи — теплопроводность, конвекцию и излучение.

  В простой коллекторной сушилке тепло передается к колбе / продукту в основном за счет конвекции и излучения из окружающей среды. При небольшом контроле над потоком тепла в продукт контролировать процесс сложнее. При работе с продуктами с низкими температурами разрушения может потребоваться обернуть или изолировать колбу, чтобы снизить скорость теплопередачи и избежать разрушения.

  В полочной сублимационной сушилке большая часть тепла передается продукту посредством теплопроводности, и важно максимально увеличить поверхностный контакт продукта / контейнера / лотка с полкой.Однако влияние излучения и конвекции также необходимо учитывать для обеспечения однородности продукта и контроля процесса.

  Лучистое тепло от внутренних стен камеры для продукта заставит продукт / флаконы по периметру полки высыхать быстрее, чем продукт в центре полки (это известно в сублимационной сушке как «краевой эффект»). Излучение, проходящее через акриловые дверцы, которые обычно используются в пилотных и R&D сублимационных сушилках, имеет еще больший эффект, и продукт, расположенный в передней части этих сушилок, обычно высыхает быстрее всех.По этой причине производственные сублимационные сушилки имеют металлические дверцы и небольшие смотровые окна. Кусок алюминиевой фольги можно повесить перед продуктом внутри пилотной сублимационной сушилки в качестве защиты — конечно, это закроет обзор продукта и не позволит наблюдать за процессом.

  Поскольку контакт с полками часто бывает непостоянным, конвективная теплопередача может способствовать равномерной сушке продукта. Давление в системе в диапазоне от 100 мторр до 300 мторр обычно способствует достаточной конвекции.При сверхнизком давлении в системе менее 50 мТорр присутствует меньше молекул газа, обеспечивающих конвекцию, и вероятно неравномерное / более медленное высыхание.

  Первичная сушка — это нисходящий процесс с четко определенным фронтом сублимации, проходящим через продукт по мере его высыхания. Над поверхностью раздела льда находится высушенный продукт или «лепешка»; ниже границы раздела находится продукт с кристаллами льда, которые еще предстоит сублимировать. В конце первичной сушки, когда все кристаллы свободного льда были сублимированы, продукт будет казаться высушенным.Однако содержание влаги все еще может находиться в диапазоне 5-10% из-за присутствия «сорбированных» молекул воды, прикрепленных к продукту.

  ДАВЛЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРА ВО ВРЕМЯ ПЕРВИЧНОЙ СУШКИ

  Как упоминалось ранее, каждый замороженный продукт имеет уникальную критическую температуру. Во избежание разрушения необходимо поддерживать температуру продукта ниже этой критической температуры во время первичной сушки. Температура продукта зависит от давления пара на границе раздела льда и, в свою очередь, это давление пара зависит как от скорости передачи тепла продукту (которая регулируется путем регулировки температуры полки), так и от заданного уровня вакуума в системе.

  После определения целевой температуры продукта (обычно на несколько градусов ниже критической) остаются только две переменные, которые необходимо определить / контролировать, — это температура полки и уровень вакуума в системе. Во время первичной сушки давление в системе и температура полки устанавливаются и регулируются в сочетании, чтобы получить подходящую температуру продукта.

  Рекомендуемый подход — сначала установить давление в системе, используя давление пара ледового стола. Температура продукта контролируется с помощью термопар, а затем заданная температура полки медленно увеличивается, пока продукт не достигнет заданной температуры.Когда достигается заданная температура продукта, температура полки поддерживается постоянной для баланса первичной сушки. Для некоторых продуктов с высоким сопротивлением потоку пара в высушенной части лепешки может потребоваться снижение температуры полки к концу первичной сушки, чтобы поддерживать температуру продукта на заданном уровне и избежать коллапса.

  Не рекомендуется произвольно и многократно повышать температуру полки во время первичной сушки, как это видно на некоторых старых устаревших циклах.

  Использование давления пара ледяного стола — это научный способ определения подходящего давления для сублимационной сушки. Обычно рекомендуется выбирать давление в системе от 20% до 30% от давления пара льда при целевой температуре продукта. Когда заданное значение уровня вакуума ниже давления пара льда при текущей температуре продукта, может иметь место сублимация. Обычно уровни вакуума для сублимационной сушки составляют от 50 мторр до 300 мторр, причем наиболее распространенный диапазон — от 100 до 200 мторр.

  После установки параметров температуры и давления первичная сушка продолжается в течение времени, достаточного для сублимации всех кристаллов льда.

  
  

  Поскольку большинство коммерческих сублимационных сушилок не могут постоянно контролировать вакуум ниже 30 мторр, при очень низких температурах продукта (ниже -40 ° C) становится невозможным установить заданное давление в системе, которое составляет от 20% до 30% от давления пара льда. . При таких низких температурах продукта сублимационная сушка происходит очень медленно.

  При использовании сублимационной сушки в коллекторе процесс зависит от заданного давления в системе и температуры окружающей среды в помещении. Из-за отсутствия контроля над скоростью теплопередачи в продукт большинство коллекторных сушилок работают консервативно при более низком давлении, чтобы поддерживать более низкую температуру продукта.

  ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЕЦ ПЕРВИЧНОЙ СУШКИ

  Существует несколько аналитических методов для определения завершения первичной сушки.Самый простой метод — контролировать температуру продукта с помощью термопарного зонда. Измеренная температура продукта будет ниже, чем заданная температура полки во время активной первичной сушки, поскольку тепло полки используется для перехода фазы сублимации. Когда сублимация кристаллов льда завершится, температура продукта повысится и приблизится к температуре полки. Когда температура продукта сравняется с температурой полки, можно сделать вывод, что первичная сушка завершена.

  Примечание: конкретный флакон, содержащий провод термопары, обычно высыхает быстрее, чем другие флаконы на полке, потому что проволока будет проводить больше тепла в этот конкретный флакон. Аналогичным образом, при сушке в массе область вокруг провода термопары высыхает быстрее, чем другие области в лотке для продуктов. Важно предусмотреть небольшое дополнительное время сушки (от 30 минут до 2 часов, в зависимости от характеристик продукта) после повышения температуры термопары продукта, чтобы гарантировать, что весь лед во всей партии продукта был полностью сублимирован.

  Поскольку продукт высыхает сверху вниз, кончик термопары всегда следует располагать в самом низу и в центре емкости. Это нормально, если термопара касается дна емкости. При сушке во флаконах рекомендуется вставлять термопару во флакон, расположенный в середине полки. Эффект лучистого нагрева приведет к более быстрому высыханию флаконов / продуктов по периметру полки.

  Дополнительные инструменты для определения конечной точки первичной сушки доступны на более крупных сублимационных сушилках, оснащенных передовыми системами управления технологическим процессом.Один из таких методов заключается в сравнении параллельных показаний давления между манометром Пирани и емкостным манометром. Емкостной манометр всегда показывает истинное давление в камере с продуктом. Однако манометр Пирани будет давать ложно завышенные показания в присутствии водяного пара. Когда показание давления Пирани уменьшается и приближается к истинному показанию давления емкостного манометра, водяного пара присутствует мало или он отсутствует, и можно сделать вывод, что первичная сушка завершена.

  Другой инструмент доступен с конструкциями сублимационной сушилки с внешними конденсаторами.Запорный клапан может быть добавлен к отверстию для пара, которое соединяет камеру продукта с конденсатором. Этот клапан можно закрыть на короткое время и измерить последующее повышение давления в камере для продукта. Когда это повышение давления приближается к нулю, при сублимации больше не образуется водяной пар.

  ВТОРИЧНАЯ СУШКА

  В дополнение к свободному льду, который возгоняется во время первичной сушки, остается значительное количество молекул воды, которые связаны с продуктом.Это вода, которая удаляется (десорбируется) во время вторичной сушки. Поскольку при первичной сушке весь свободный лед был удален, температуру продукта теперь можно значительно повысить, не опасаясь таяния или разрушения.

  Вторичная сушка фактически начинается во время первичной фазы, но при повышенных температурах (обычно в диапазоне от 30 ° C до 50 ° C) десорбция происходит намного быстрее. Скорость вторичной сушки зависит от температуры продукта. Вакуум в системе можно поддерживать на том же уровне, что и во время первичной сушки; более низкий уровень вакуума не улучшит время вторичной сушки.

  Аморфные продукты могут потребовать, чтобы повышение температуры от первичной до вторичной сушки контролировалось с медленной скоростью, чтобы избежать разрушения.

  Вторичная сушка продолжается до тех пор, пока влажность продукта не станет приемлемой для длительного хранения. В зависимости от области применения содержание влаги в полностью высушенных продуктах обычно составляет от 0,5% до 3%. В большинстве случаев чем более сухой продукт, тем дольше будет срок его хранения. Однако некоторые сложные биологические продукты могут фактически стать слишком сухими для получения оптимальных результатов при хранении, и процесс вторичной сушки следует контролировать соответствующим образом.

  Во время вторичной сушки можно использовать механизм «захвата образца» для периодического извлечения пузырьков из сублимационной сушилки для определения остаточного содержания влаги.

  ОПТИМИЗАЦИЯ ЦИКЛА

  В дополнение к разработке рецепта, который позволяет успешно высушить продукт, также чрезвычайно важно оптимизировать (сократить) продолжительность цикла, особенно если существует возможность повторения процесса или увеличения масштабов производства. Сублимационная сушка может занять несколько дней.Время цикла часто можно существенно сократить, исследуя несколько факторов:

  • Замораживание и отжиг — максимальное увеличение размера кристаллов и кристаллизации для увеличения скорости сушки.
  • Толщина продукта — молекулы водяного пара испытывают сопротивление при выходе из высушенной части продукта. Более тонкие образцы обладают меньшим сопротивлением потоку пара и приводят к более быстрому высыханию. Замораживание скорлупы может помочь при сушке сыпучих продуктов в колбах.
  • Критическая температура разрушения — это самая важная информация для оптимизации цикла.Возможность проводить первичную сушку при более высоких температурах продукта значительно сокращает время сушки за счет создания большей разницы давлений между давлением пара над льдом в продукте и давлением в конденсаторе. Каждое повышение температуры продукта на 1 ° C может сократить время первичной сушки на 13%.

  Оптимизация цикла с использованием информации о температуре эвтектики / обрушения требует итеративного подхода, заключающегося в измерении температуры продукта в режиме реального времени во время первичной сушки с последующим внесением соответствующих корректировок в настройки температуры полки.Это можно сделать вручную с помощью термопар продукта или, при сушке во флаконах, можно использовать автоматизированную систему SMART.

  РАССМОТРЕНИЕ МАСШТАБА ПРОЦЕССА

  Лабораторные полочные сублимационные сушилки пилотного размера часто используются для разработки цикла, который будет использоваться для масштабирования процесса до более крупного производственного объекта. Сходство характеристик теплопередачи и однородность температуры полки важно для обеспечения того, чтобы процесс лиофилизации, разработанный в лаборатории, можно было успешно перенести в производственную сублимационную сушилку.

  Одним из наиболее важных факторов, которые следует учитывать, является разница между средой чистой комнаты, типичной для производственной сублимационной сушилки, и лабораторной средой, в которой работает большинство пилотных установок. Разница в твердых частицах может сильно повлиять на замораживание продукта и размер кристаллов льда.

  Производственные сублимационные сушилки

  обычно настраиваются для работы в условиях чистой комнаты и могут иметь возможность очистки на месте (CIP) и стерилизации паром (SIP). Еще одним соображением при производстве является соответствие процесса требованиям US FDA 21 CFR 11, если это необходимо.Этот регламент требует определенных стандартов управления процессами и безопасности.

  ХРАНЕНИЕ СУХИХ ПРОДУКТОВ

  Лиофилизированные продукты чрезвычайно гигроскопичны, и после сублимационной сушки они должны быть запечатаны в герметичные контейнеры, чтобы предотвратить регидратацию из-за атмосферного воздействия. Сублимационные сушилки могут быть сконфигурированы с возможностью «закупоривания» для герметизации продукта, пока он все еще находится под частичным вакуумом внутри устройства. Обычно укупорка производится на флаконах с частично вставленными пробками.Полки складываются так, что каждая полка прижимает флаконы / пробки, расположенные на соседней полке. Также обычно перед герметизацией / укупоркой продукта засыпают инертным газом, например, сухим азотом.

  УХОД И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ МОРОЗИЛЬНОЙ СУШИЛКИ

  Помимо размораживания конденсатора и очистки системы после каждого цикла, плановое техническое обслуживание сублимационной сушилки обычно включает периодическую замену масла в вакуумном насосе и визуальную проверку всех уплотнений и прокладок.Усовершенствованные контроллеры позволяют проводить периодические испытания системы и / или испытания на герметичность, чтобы убедиться, что устройство работает в соответствии с исходными заводскими спецификациями.

  Чтобы получить дополнительные полезные статьи и технические документы, посетите наш Учебный центр.

  Бетонирование для холодной погоды 101 | Журнал Concrete Construction

  Портлендская цементная ассоциация При надлежащей защите бетонные работы могут продолжаться даже в самую холодную погоду.

  Детка, на улице снова становится холодно.Готовы ли вы укладывать бетон так, чтобы холодная погода не повредила его и чтобы он затвердел в разумные сроки?

  Лучший совет о том, как это сделать, — это новый ACI 306R-10 «Руководство по бетонированию в холодную погоду». Это первая новая версия ACI 306 за более чем 20 лет, и она включает информацию о новых подходах, таких как испытания на зрелость и добавки к антифризу, а также четко написанные рекомендации по старым резервным компонентам, таким как кожухи, изоляция, дополнительное тепло и добавки. .

  Одно существенное изменение — определение холода. После обсуждения этого вопроса комитет остановился на простоте — большое достижение для комитета ACI! Старое замысловатое определение включало такие вещи, как последовательные дни, среднесуточную температуру и половину любого 24-часового периода. Вместо этого комитет сосредоточился на реальной цели — не допустить повреждения бетона холодом и дать ему возможность набрать достаточно прочности, чтобы выполнять свою работу. Итак, новое определение:

  «Холодная погода существует, когда температура воздуха упала или ожидается ниже 40 ° F в течение периода защиты.Период защиты определяется как время, необходимое для предотвращения воздействия на бетон воздействия холода ».

  После того, как комитет согласовал это упрощенное определение, он задал тон остальной части руководства. Помните термин «период защиты» — он является основой большинства рекомендаций в ACI 306.

  Цель и принципы

  Бетонные работы можно выполнять даже в самую холодную погоду при соблюдении соответствующих мер предосторожности. Цели состоят в том, чтобы предотвратить повреждение от замерзания в раннем возрасте (когда бетон все еще насыщен), чтобы убедиться, что бетон развивает необходимую прочность, и ограничить быстрые изменения температуры или большие перепады температур, вызывающие растрескивание.Хотя все это требует определенных затрат, обычно они не являются чрезмерными — конечно, не по сравнению с тем, чтобы ваши бригады сидели без дела, срывали ваш график или заканчивали с поврежденным бетоном.

  Con-Cure Corp. Измерители зрелости позволяют легко определить прочность бетона.

  Руководящий принцип бетонирования в холодную погоду основан на исследованиях, проведенных T.C. Пауэрса в 1962 году. Он показал, что уровень водонасыщенности бетона падает ниже критической точки (когда он будет поврежден в результате замерзания) примерно в то же время, когда он достигает прочности на сжатие 500 фунтов на квадратный дюйм.Если температура бетона поддерживается на уровне 50 ° F, это обычно происходит примерно через 48 часов. На данный момент он достаточно прочный и достаточно сухой, чтобы избежать повреждения в результате одного цикла замораживания (для защиты от циклического замораживания / оттаивания требуется бетон с воздухововлекающими добавками и прочность, близкая к 3500 фунтов на квадратный дюйм). После этого защита обычно не требуется, если — и это очень важно, если — вы не слишком беспокоитесь о том, сколько времени потребуется для достижения дальнейшего увеличения силы.

  В случаях, когда определенная прочность требуется по какому-то графику, вам необходимо принять дополнительные меры для сохранения тепла бетона (около 50 ° F) — например, добавление большего количества цемента в смесь, ускорение перемешивания, изоляция элемента, или обеспечение тепла.Например, если вам нужно снять опалубку и ожидаете, что бетон будет стоять сам по себе или действительно будет поддерживать нагрузки от перекрытий выше, тогда его необходимо будет защищать более 48 часов. Для таких случаев ACI 306 предоставляет таблицы, в которых указывается, какие меры предосторожности необходимо принять при заданной ожидаемой минимальной температуре окружающей среды для стенок различной толщины. Эти таблицы показывают, как долго бетон должен быть защищен, сколько требуется изоляции и сколько цемента должно быть в бетоне.Подробнее об этом позже.

  Температура свежего бетона

  Гидратация цемента — это химическая реакция. Скорость, с которой происходит эта реакция, зависит от температуры. Но также, поскольку реакция является экзотермической, бетон выделяет собственное тепло во время гидратации — в течение первых двух или трех дней. Таким образом, если его можно разместить при температуре, при которой может протекать реакция гидратации, а окружающие условия (будь то естественные или созданные с защитой) не слишком холодные, бетон может сохранять тепло.

  Таблица 5.1 в ACI 306 предоставляет минимальные температуры, которые должны использоваться при работе в холодную погоду. Линия 1 указывает минимальную температуру, которую бетон должен достичь в течение периода защиты. Обратите внимание, что более толстые бетонные секции могут немного охлаждаться, потому что они медленнее теряют тепло, а также потому, что предотвращение трещин достигается за счет минимизации разницы температур между центром секции и внешними краями.

  Строки 2, 3 и 4 — это минимальные температуры смешивания — то, о чем производитель готовой смеси должен позаботиться.Эта температура увеличивается по мере снижения температуры окружающей среды, чтобы учесть большее количество тепла, теряемого между смешиванием и укладкой, но помните, что бетон «в том виде, в каком он размещен и поддерживается» не может опуститься ниже значения в строке 1.

  У производителя товарного бетона есть несколько способов убедиться, что бетон имеет требуемую температуру при смешивании, но наиболее распространенным является простое смешивание бетона с использованием горячей воды. В более холодную погоду заполнитель также можно нагревать.

  Препарат

  Глава 6 ACI 306 описывает меры, которые подрядчик должен предпринять перед укладкой бетона в холодную погоду.Основная идея состоит в том, чтобы не сотрясать бетон — бетон должен казаться теплым и желанным, когда укладывается на место. Разогрейте опалубку и закладные, включая арматуру, и удалите с них снег, лед и воду. Убедитесь, что земля не промерзла. Этого можно добиться с помощью кожухов, обогревающих одеял или водяных обогревателей. Поверхности должны быть не более чем на 15 ° F холоднее, чем бетон, но и не более чем на 10 ° F горячее, чем бетон.

  Защита

  ACI 306 дает четкое определение защиты: «Эффективная защита позволяет бетону набирать прочность с нормальной скоростью и предотвращает повреждение бетона в раннем возрасте из-за замерзания воды для затворения.”

  Это приводит к следующему важному вспомогательному материалу в ACI 306, Таблица 7.1, и обратно к сроку защиты — мы просили вас запомнить это! Продолжительность необходимого периода защиты зависит от того, будет ли бетон выдерживать нагрузки во время строительства. Например, плиты обычно не должны выдерживать нагрузки, в то время как колонны, балки и возвышенные плиты должны набрать достаточно прочности, чтобы выдерживать текущие работы, и, следовательно, им потребуется более длительный период защиты.

  Условия эксплуатации в этой таблице относятся к тому, будет ли бетон подвергаться замерзанию во время эксплуатации и выдержит ли он нагрузки во время отверждения. Используя указанный здесь период защиты в сочетании с минимальной температурой, указанной в Таблице 5.1, вы можете быть уверены, что бетон будет готов выдержать суровые холода. Но при снятии защиты будьте осторожны, дайте бетону медленно остыть, чтобы предотвратить растрескивание от тепловых ударов.

  Эти минимальные периоды защиты предназначены только для защиты бетона от повреждения холодом.Это не означает, что бетон набрал достаточно прочности, чтобы выдерживать нагрузки, которые он будет испытывать во время эксплуатации. Для конструкционного бетона необходимы более длительные периоды защиты. Существует несколько способов определения прочности бетона для снятия опалубки или удаления берегов, включая испытание на зрелость.

  Тестирование зрелости сочетает в себе время и температуру отверждения, чтобы определить текущую прочность бетона. Датчик температуры, встроенный в бетон, передает данные на счетчик, который выполняет вычисления с течением времени и указывает зрелость.На основе отношения зрелости и прочности, разработанного в лаборатории для конкретного бетона, известно, когда была достигнута необходимая прочность. Более подробное описание зрелости можно найти в статье «Зрелость и сила», опубликованной в январе 2004 года.

  Оборудование

  Wacker Neuson Одним из способов борьбы с холодами являются водонагреватели, в которых горячая вода циркулирует по гибким шлангам.

  Три типа оборудования, которое часто требуется при работе в холодную погоду, — это изоляция, обогреватели и кожухи.ACI 306 предоставляет диаграммы и таблицы, чтобы помочь определить, какой объем изоляции (на основе термического сопротивления, R) следует использовать на формах и поверхностях, если не предусмотрено дополнительное тепло. Обратите внимание, что чем дольше период защиты, тем больше требуется изоляции, поскольку тепло гидратации начнет уменьшаться через первые 3 дня. Другая таблица ACI 306 помогает определить толщину изоляции, необходимую для данного значения R. Например, 1 дюйм вспененного полиуретана имеет R 6,25, что достаточно для защиты стены толщиной 6 дюймов, сделанной из бетона, содержащего 500 pcy цемента, в течение 3 дней при минимальной температуре окружающей среды 28 ° F.

  Обогреватели — одно из предпочтений подрядчиков по бетону в холодную погоду. Есть три типа обогревателей: прямого, косвенного и водяного охлаждения. Нагреватели прямого нагрева очень распространены, но имеют существенный недостаток, поскольку побочные продукты сгорания (монооксид углерода и диоксид углерода) выводятся вместе с нагретым воздухом. Углекислый газ может соединяться с поверхностью свежего бетона, образуя мягкую меловую поверхность, которая будет «пылиться». А окись углерода представляет серьезную опасность для здоровья рабочих.

  Системы водяного отопления стали популярными для зимних работ, особенно на настилах мостов. Этот метод можно использовать без ограждений и может защитить гораздо большие площади, чем можно было бы разумно ограждать.

  Корпуса

  — лучшая защита от холода, но и самые дорогие. Позаботьтесь о том, чтобы контролировать внутреннюю среду. Тепло пара отлично подходит для бетона, но не для рабочих и может привести к обледенению. С другой стороны, сухое тепло может высушить бетонную поверхность и вызвать образование трещин.

  Остальные главы ACI 306 включают:

  • Лечение как во время, так и после периода защиты.
  • Ускоренное схватывание и развитие прочности , в основном за счет добавок, включая использование хлорида кальция, что иногда является лучшим подходом, и быстросхватывающихся цементов

  Это очень краткая справка по огромному количеству информации в ACI 306R-10 . В этом удобном для чтения 25-страничном руководстве, которое должно быть на полке любого, кто выполняет бетонные работы в местах, где зимой становится холодно, были накоплены знания, накопленные за сотни лет опыта.

  Стив Морриэл является председателем комитета 306 ACI и старшим инженером службы технической поддержки Holcim. Уильям Д. Палмер-младший является членом ACI 306.

  Советы по бетонированию в холодную погоду

  Обратите внимание на точку замерзания жидкости.

  Точка разрыва жидкости — это температура, при которой жидкость полностью замерзает, и это может быть гораздо более серьезной проблемой в системе на водной основе.Вместо того, чтобы сжиматься при охлаждении и затем сжиматься при затвердевании, как это происходит с большинством жидкостей, вода сжимается только примерно до 4 ° C. Ниже этой температуры вода фактически немного расширяется, а после замерзания ее объем увеличивается примерно на 9%. Это расширение объясняет, почему лед плавает по воде, и поэтому рыба может пережить зиму. Это расширение также является причиной того, что водопроводные трубы могут замерзнуть и лопнуть при длительном воздействии низких температур.

  Легко увидеть проблему, которую это создает для систем теплопередачи.Хотя гликоль ведет себя как «обычная» жидкость, полностью замерзший теплоноситель может сломать трубы или повредить другое оборудование при расширении. К сожалению, трудно определить точную температуру разрыва для любой данной системы. В дополнение к типу и процентному содержанию гликоля риск разрыва также зависит от материалов в системе, типа конструкции и поведения жидкости.

  Рассмотрим в качестве примера медные трубы. Согласно данным, опубликованным на веб-сайте ¹ , медные трубы с одинаковой толщиной стенки уменьшают давление, которое они могут выдержать, по мере увеличения диаметра трубы.Если диаметр трубы остается постоянным, давление разрыва увеличивается при увеличении толщины стенки. Тянутая медь жесткая и выдерживает большее давление, чем отожженная медь, которая подвергается термообработке для восстановления ее гибкости. Сварные или паяные соединения нагревают металл, что снижает разрывное давление. Трубы, изготовленные из разных материалов, будут иметь разную прочность на разрыв, что влияет на величину давления, которое они могут выдержать перед деформацией.

  Основным способом предотвращения разрыва гликоль является снижение температуры замерзания, чтобы система могла выдерживать низкие температуры без затвердевания.В крайних случаях, если происходит замерзание, присутствие гликоля в смеси снижает процент расширения, что теоретически может предотвратить физическое повреждение системы. Однако полагаться на этот эффект было бы неразумно. Большинство производителей предоставляют данные о точках замерзания и разрыва для своих жидкостей, поэтому, если разрыв представляет собой опасность, лучшим вариантом будет выбрать достаточно высокий процент гликоля, чтобы обеспечить защиту.

  Цистерны для дождевой воды: проектирование, строительство и очистка

  Система водостоков и водостоков направляет дождевую воду, собранную крышей, в резервуар для хранения.Цистерна, обычно расположенная под землей, может быть построена из различных материалов, включая шлакоблок, железобетон или сборный бетон, стекловолокно или сталь. Цистерна подает воду в дом через стандартную водопроводную систему под давлением. Типичная компоновка системы водосборных цистерн на крыше показана на Рисунке 1.

  
  Рисунок 1. Типичная система водосборных цистерн на крыше. (Источник: информационная брошюра для клиентов Water Filtration Co., Water Filtration Co., 1088 Industry Rd., Мариетта, Огайо 45750.)

  Использование цистерн с дождевой водой отнюдь не новость. Они использовались как греческой, так и римской цивилизациями, а также жителями тихоокеанских островов до любого контакта с западной цивилизацией. Тем не менее, те же самые основные принципы современных систем использовались в водосборных цистернах этих более ранних времен.

  В настоящее время использование цистерн с дождевой водой может увеличиваться. Те, кто живет в районах, где подземные и поверхностные воды недоступны или непригодны для использования, были вынуждены прибегать к другим источникам воды.Сбор дождевой воды в домашнем хозяйстве весьма практичен в районах, где выпадает достаточное количество осадков, а другие приемлемые источники воды отсутствуют. Одна из таких областей — район добычи угля в западной Пенсильвании. В результате горных работ значительная часть грунтовых и поверхностных вод стала непригодной для питья или других целей на значительной части этих территорий. Сельские жители были вынуждены искать другие источники воды, и они неизменно обращались к водосборным цистернам на крышах.

  Водосборные цистерны могут также использоваться для водоснабжения фермерских хозяйств.Поилки и дождевые бочки можно наполнять водой, собранной с крыш сараев и других хозяйственных построек. Цистерна для хранения, построенная рядом с амбаром или другим зданием, могла служить аварийным источником воды для тушения пожара в случае, если поблизости не было пруда. Однако использование дождевой воды для обеспечения бытовых нужд не обходится без проблем.

  Вода Качество вызывает беспокойство, особенно когда дождевая вода должна использоваться для питьевых целей в дополнение к другим бытовым потребностям.Дождевая вода и атмосферная пыль, собираемые водосборными бассейнами на крышах, содержат определенные загрязнители, которые могут представлять угрозу для здоровья людей, потребляющих воду. Свинец и другие загрязнители могут накапливаться в донных отложениях цистерн; а неочищенная дождевая вода вызывает коррозию водопроводных систем. Необходимо принять меры для сведения к минимуму этих и других проблем с качеством воды в системах цистерн. Будут представлены рекомендации для этого, а также руководство по проектированию и строительству систем водосборных цистерн на крыше.

  Цистерны для дождевой воды могут обеспечивать воду надлежащего количества и качества, если на этапах планирования и строительства предприняты надлежащие меры, а периодическое обслуживание будет выполняться в течение всего срока службы цистерны.

  Конструкция цистерны

  Вместимость цистерны для дождевой воды зависит от нескольких факторов:

  • количество осадков, доступных для использования
  • площадь водосбора на крыше, доступная для сбора этих осадков
  • суточные потребности домашнего хозяйства в воде
  • и экономика

  Все, кроме первого из этих факторов, могут в некоторой степени контролироваться владельцем цистерны.

  Доступные осадки

  На большей части Пенсильвании годовое количество осадков в среднем составляет около 40 дюймов (Рисунок 2). В засушливые годы их может быть всего 30 дюймов, в то время как чрезмерно влажные годы могут производить 50 или более дюймов осадков. Для большинства целей планирования следует использовать средний показатель. Тем не менее, проектирование бачка на основе самого низкого значения гарантирует достаточно места для хранения даже в самые засушливые годы.

  Из-за испарения, снега и льда, а также потерь при очистке кровли (будет обсуждено позже), только около двух третей годового общего количества осадков фактически доступно для хранения цистерны.

  
  Рис. 2. Среднее годовое количество осадков в Пенсильвании (дюймы)

  Ежедневные потребности в воде

  Количество воды, которое вы проектируете для сбора и хранения водосборного бачка на крыше, зависит от ваших ежедневных потребностей в воде. Если у вас небольшая площадь водосбора и цистерна с низким объемом, то использование воды будет соответственно ограничено. Поэтому при проектировании системы водосборного бачка на крыше важно иметь некоторое представление о том, сколько воды вам потребуется от нее каждый день.

  Опубликованы различные оценки использования воды в домашних хозяйствах.Среднее базовое потребление, определенное коммунальными предприятиями водоснабжения, составляет 7500 галлонов в месяц, что эквивалентно средней годовой минимальной потребности в 90 000 галлонов на одно домохозяйство. Обычное планирование домашнего хозяйства предусматривает от 50 до 75 галлонов в день на человека или от 73 000 до 110 000 галлонов в год на семью из четырех человек. От одной трети до половины этого количества используется для смыва туалетов. Однако те, кому приходится полагаться исключительно на источники дождевой воды, несомненно, будут использовать меньше воды.

  Исследования водопользования в США.Южные Виргинские острова и Гавайи, где широко используются цистерны с дождевой водой, указывают на то, что это в целом так. Потребление воды из цистерн с дождевой водой на Виргинских островах США в среднем составляло всего 24 галлона в день на человека для жителей-владельцев. Однако на Гавайях, где осадков намного больше (до 160 дюймов в год), цистерны, как правило, были намного больше, а потребление воды было значительно больше — во многих случаях более 100 галлонов в день на человека. Тем не менее, в обеих ситуациях меры по экономии воды были предприняты добровольно, когда уровень воды в цистерне упал до низкого уровня.Как прокомментировал один владелец цистерны на Виргинских островах: «Мы можем обеспечить последний квартал запасов цистерны примерно столько же, сколько и первые три квартала».

  Из этого краткого обсуждения водопользования должно быть ясно, что существуют значительные различия в зависимости от обстоятельств. С точки зрения общей конструкции цистерны, значение 50 галлонов в день на человека, вероятно, является лучшим для использования. Эта цифра применима к семье, живущей в доме с горячей и холодной водой и всеми современными удобствами (включая автоматическую стиральную и посудомоечную машины) и без специальных мер по экономии воды.Установка водосберегающих устройств могла бы значительно сократить потребление воды в домашних условиях без сознательных усилий со стороны членов семьи.

  Площадь водосбора

  Площадь крыши, которая будет использоваться в качестве поверхности сбора, обычно заранее определяется размером существующего дома или других крыш надстроек. Однако при планировании системы сбора дождевой воды с нуля, когда размер водосбора должен соответствовать потребностям бытовой воды, будут полезны следующие рекомендации.

  Рисунок 3 позволяет определить площадь водосбора, необходимую для определения годовой потребности в воде и годового количества осадков. В качестве примера предположим, что среднегодовое количество осадков на вашей территории составляет 40 дюймов. Вы определили, что вашей семье из четырех человек требуется 200 галлонов в день или 73 000 галлонов в год. Из рисунка 3 определена необходимая площадь водосбора 4400 квадратных футов. Примечание. Площадь крыши можно определить путем измерения внешней части здания или зданий, которые будут использоваться для сбора осадков.Не измеряйте фактическую поверхность крыши, если она не расположена горизонтально.

  
  Рис. 3. График, используемый для определения необходимой площади водосбора. (Источник: Служба планирования Среднего Запада, Университет штата Айова, 1968. Частные системы водоснабжения. Стр. 13.)

  Размер цистерны

  Цистерна должна иметь достаточную емкость для хранения, чтобы выдержать длительные периоды маловодья. Трехмесячный запас воды, или одна четвертая годового урожая на водосборной площади, обычно достаточен в таких областях, как Пенсильвания, где осадки распределяются довольно равномерно в течение года.

  Рисунок 4 иллюстрирует эту идею. Например, если вы определили, что ваш годовой объем воды для бытовых нужд должен составлять 40 000 галлонов (и, что наиболее важно, у вас достаточно водосборной площади и годового количества осадков для обеспечения такого количества воды), то вам следует спроектировать и построить цистерну с резервуаром на 10 000 галлонов. емкость для хранения галлонов.

  
  Рис. 4. Размер цистерны основан на емкости накопителя, равной годовой потребности в воде или трехмесячного запаса накопленной воды. (Источник: Midwest Plan Service, Iowa State Univ., 1968. Частные водные системы. п. 15.)

  Для домашних цистерн рекомендуется минимальная емкость хранения 5000 галлонов. Эта емкость должна избавить от необходимости покупать или таскать воду, что не только неудобно, но и может стать несколько дорогостоящим. Помните эти мудрые слова при проектировании водосборного бачка на крыше: «Вы платите за большую цистерну один раз, а за маленькую навсегда…»

  Строительство цистерны

  Местоположение

  Цистерны должны располагаться как можно ближе к дому или где-либо еще вода будет использоваться.Они могут быть построены над или под землей, но в этой части страны рекомендуются подземные цистерны, чтобы избежать замерзания в зимние месяцы. Подземные цистерны также имеют то преимущество, что они обеспечивают относительно прохладную воду даже в самые теплые месяцы года. Цистерны могут быть встроены в строительные конструкции, например, в подвалы или под крыльцами. Таким образом, вы можете использовать фундаментные стены в качестве структурной опоры, а также для удержания накопленной дождевой воды.

  Цистерна должна быть расположена там, где окружающая территория может быть отсортирована для обеспечения хорошего дренажа поверхностных вод. от от цистерны.Избегайте размещения цистерн на низких участках, подверженных затоплению. Оба вышеперечисленных шага уменьшат вероятность загрязнения накопленной цистерной воды ливневым стоком.

  Цистерны всегда должны располагаться вверх по склону от любых очистных сооружений; на расстоянии не менее 10 футов от водонепроницаемых канализационных линий и стоков, не менее 50 футов от водонепроницаемых канализационных линий и стоков, септиков, полей для поглощения сточных вод, уборных и животноводческих помещений, а также не менее 100 футов от выгребных ям и мест выщелачивания. уборные.

  Это стоит внимательно проверить эти вещи перед тем, как повернуть первую лопату земли для раскопок цистерны. Загрязненная цистерна не стоит очень дорого.

  В определенных ситуациях, например, на крыше сарая или другой хозяйственной постройки, которая подает собранную дождевую воду на нижний склон дома, цистерны могут быть расположены так, чтобы обеспечивать самотечный поток к месту использования. Эта настройка определенно предпочтительнее, если ее можно использовать в вашей конкретной системе. Однако в большинстве случаев уровень воды, хранящейся в подземных цистернах, ниже, чем в точках использования в распределительной системе, поэтому обычно требуются насос и система под давлением.

  Конструкция

  Цистерны могут быть изготовлены из различных материалов, включая монолитный железобетон, шлакобетон и бетон, кирпич или камень, залитые строительным раствором и оштукатуренные с внутренней стороны цементом, готовые стальные резервуары, сборные бетонные резервуары , цистерны из красного дерева и стекловолокно. Лучшим вариантом считается монолитный железобетон, особенно для подземных цистерн. Однако цистерны с шлакобетонными стенами и бетонными полами являются обычным явлением и вполне подходят для подземного строительства; они обычно будут несколько дешевле, чем цельнобетонный вариант.Бетонные стены и полы должны иметь толщину не менее 6 дюймов и армированы стальными прутьями.

  Два плана подземных бетонных цистерн показаны на рисунках 5 и 6. На рисунке 5 показана версия с бетонными блочными стенами, а на рисунке 6 — полностью бетонная версия с песчано-гравийным фильтром наверху цистерны.

  
  Рис. 5. Поперечное сечение подземной цистерны с бетонными стенками, показывающее важные особенности. (Источник: Внешняя служба штата Пенсильвания, заказ № 800-86 Цистерны для бетонной кладки)

  
  Рисунок 6.Поперечное сечение бетонной цистерны с фильтром (Источник: Penn State Ag Ext. Service, заказ № 800-87 Бетонные цистерны)

  Если для стен цистерны используется шлакобетон или бетонный блок, все пустотелые ядра должны быть заполнены бетоном и арматурные стержни следует размещать вертикально, чтобы добавить конструкции прочности. Нижние колонтитулы могут потребоваться для больших цистерн, как показано на Рисунке 5.

  Верх цистерны должен быть из железобетона и должен плотно прилегать к остальной части конструкции.Верх может состоять из отдельных панелей, как показано на рисунке 5, или это может быть цельная плита, как показано на рисунке 6. В любом случае люк через верх резервуара для доступа к резервуару для хранения должен быть включенным. Такое отверстие должно быть не менее 2 футов в поперечнике. Тяжелая бетонная или железная крышка, подобная той, что показана на рисунках 5 и 7, должна быть плотно закрыта отверстием, чтобы предотвратить попадание света, пыли, поверхностных вод, насекомых и животных.

  Отверстия люков должны иметь водонепроницаемую обочину, края которой должны выступать на несколько дюймов выше уровня окружающей поверхности.Края крышки люка должны перекрывать бордюр и выступать вниз минимум на 2 дюйма. Крышки люков должны быть снабжены замками для дальнейшего снижения опасности загрязнения и несчастных случаев.

  Разместите отверстие люка рядом с углом или краем конструкции, чтобы можно было опустить лестницу в цистерну и надежно прикрепить ее к стене. Этот доступ необходим для задач периодического обслуживания, которые будут обсуждены позже. В качестве альтернативы можно встроить бетонные ступеньки и поручни в стену цистерны под отверстием.

  
  Рис. 7. Форма сквозного сечения крышки люка.

  Внутренние стены и дно бачка должны быть гладкими, чтобы облегчить очистку. Цементная штукатурка может быть покрыта интерьером, в зависимости от того, насколько грубая основная конструкция. Герметики на цементной основе, такие как Thoroseal и Sure-Wall, также можно наносить на внутренние поверхности, чтобы обеспечить более гладкую поверхность и дополнительную защиту от протечек. Протекающая цистерна не только бесполезна, но и опасна; если хранимая вода может вытечь, то могут просочиться загрязненные поверхностные или грунтовые воды.Стоит потратить время при постройке цистерны, чтобы сделать это правильно — найдите хорошего строителя, который гарантирует свою работу от протечек.

  Виниловые прокладки можно использовать для предотвращения утечки в некоторых цистернах, но они обычно доставляют неудобства. Они дороги, склонны к проколам и не позволяют использовать сливные дренажные системы и другие аксессуары внутри бачка. Используйте виниловую пленку только в крайнем случае, когда все остальные попытки предотвратить утечку не удались.

  Еще одна важная особенность хорошо спроектированной цистерны — переливная труба или трубы.Две различные возможности показаны на рисунках 5 и 6. На рисунке 5 перелив выполнен в виде стояка, ведущего через дно бачка к сливу. Такой переливной трубопровод или любой другой выпускной канал цистерны никогда не следует подключать к канализационной линии, прямо или косвенно. Дренажная линия, показанная на Рисунке 5, должна вести к свободному спуску вниз по уклону от цистерны. Диаметр сливной трубы должен быть не меньше диаметра входной трубы от водосбора крыши.На рис. 6 показан переливной трубопровод, ведущий через стенку бачка непосредственно наружу.

  Внешний конец переливной трубы должен быть эффективно экранирован для предотвращения проникновения животных и насекомых. Следует использовать нержавеющую сетку с мелкими ячейками. Экран можно обрезать до размера, достаточного для того, чтобы его можно было обернуть вокруг конца переливной трубы, и его следует закрепить хомутом для шланга или аналогичным крепежным приспособлением. Простая конструкция переполнения изображена на рисунке 8.

  
  Рис. 8. Поперечное сечение цистерны 8 x 8 футов, показывающее переливную трубу, люк и вентиляционную трубу.

  В любом случае для переливной трубы следует использовать пластиковую трубу большого диаметра. При проектировании сливных отверстий, подобных тем, которые показаны на рисунках 6 и 8, должен быть предусмотрен хороший дренаж вдали от цистерны и дома.

  Очистной сток должен вести к свободному выпускному отверстию, а не к канализационной линии. Дно бачка должно иметь небольшой уклон в сторону слива для облегчения очистки.Клапан для открытия и закрытия слива может управляться с уровня земли, как показано на Рисунке 9, или может быть построен подземный колодец вокруг клапана для обеспечения прямого доступа. См. Рис. 10. В любом случае клапан и дренажная линия должны быть изолированы землей на достаточной глубине, чтобы предотвратить замерзание даже в самую суровую зимнюю погоду.

  Линия слива для очистки должна быть не менее 3–4 дюймов в диаметре, чтобы избежать засорения — во время операций по очистке через линию может пройти большое количество осадка.Выпускное отверстие должно располагаться там, где слив воды не вызовет никаких проблем или нареканий со стороны соседей.

  
  Рис. 9. План очистки сливного и регулирующего клапана.

  
  Рис. 10. План очистки дренажного и регулирующего клапана.

  Цистерны должны иметь вентиляцию , чтобы свежий воздух мог циркулировать в отделении для хранения. Одна или несколько труб большого диаметра, проходящих через верх цистерны, будут служить этой цели, как показано на Рисунке 8. Наружное отверстие каждой трубы должно быть экранировано таким же образом, как описано выше для переливных труб.Отверстия, расположенные на высоте нескольких футов над уровнем земли, должны быть обращены в сторону преобладающих ветров, в большинстве случаев западных, для обеспечения максимальной вентиляции. Пластиковая труба диаметром четыре или шесть дюймов подходит для вентиляционных отверстий. Убедитесь в наличии водонепроницаемого уплотнения в местах, где каждая вентиляционная труба проходит через верх бачка.

  Водопровод от бачка до дома или другого места использования должен быть проложен ниже линии замерзания и должен иметь диаметр 1–1¼ дюйма. Всасывающая головка должна быть эффективно экранирована и поднята как минимум на один фут над полом цистерны, чтобы предотвратить попадание осадка в распределительную систему.Часть всасывающей трубы внутри бачка должна быть пластиковой. Наилучшее место для забора воды — с противоположной стороны бачка от входной трубы для воды через крышу.

  Отдельная входная труба для добавления забираемой воды — еще одна важная особенность хорошо продуманной цистерны. Система, изображенная на рисунке 1, показывает такую ​​трубу. По возможности лучше всего расположить надземную часть заливной трубы рядом с подъездной дорогой или другим дорожным покрытием, чтобы водовозу не пришлось проехать по лужайке, чтобы добраться до нее.Четырехдюймовая пластиковая труба является хорошей заполняющей трубой. На надземный конец трубы следует надеть плотно прилегающую крышку. Вы можете заблокировать крышку, чтобы еще больше снизить вероятность загрязнения.

  Вода, попадающая в цистерну с любой силой позади нее, например, во время летнего ливня или из бака с водой, имеет тенденцию перемешивать накопленную воду и, возможно, поднимать осадок, если не будут приняты меры по снижению силы поступающей воды. Один из способов сделать это — использовать «силовые выключатели», как показано на Рисунке 11.

  
  Рис. 11. Гидравлический выключатель. Должен быть размещен на всех входах в цистерну. (Источник: брошюра с информацией для клиентов Water Filtration Co., Water Filtration Co., 1088 Industry Rd., Marietta, Ohio 45750.)

  Вода, попадающая в цистерну с крыши или из водовоза, должна течь по 4-дюймовой пластиковой трубе. в коробку силового выключателя из бетонных блоков. Блоки следует установить в растворе на дне цистерны углублениями вверх. В нижнем конце трубы необходимо прорезать прорези или отверстия площадью не менее 13 квадратных дюймов, чтобы поступающая вода могла перемещаться из трубы в цистерну.Силовые выключатели следует устанавливать как под водозаборниками, так и под водозаборниками.

  Мойки крыши

  Есть несколько других очень важных конструктивных особенностей, которые помогут обеспечить хорошее качество воды для цистерн. Кровельные мойки и кровельные фильтры были упомянуты ранее, и их важность и детали конструкции будут обсуждаться здесь.

  Между ливнями на водосборной поверхности крыши скапливается много грязи и пыли. Этот мусор может включать частицы свинца и других атмосферных загрязнителей, а также птичий помет.Эти загрязнители попадут в цистерну вместе с водой с крыши, если не будут приняты меры для предотвращения загрязнения. Использование крышных мойок и крышных водяных фильтров может уменьшить количество этих загрязняющих веществ, попадающих в систему.

  Вода, которая первой сходит с крыши в начале ливня, является наиболее загрязненной. Степень загрязнения будет зависеть от нескольких факторов, в том числе от продолжительности времени с момента последнего дождя, близости водосбора к шоссе или другому местному источнику загрязнения воздуха, а также от местной популяции птиц.Кроме того, определенные типы материалов предпочтительны для водосборной поверхности, как будет подробно описано позже.

  Мойка крыши — это механизм, который отводит эту исходную сильно загрязненную воду с крыши из цистерны. Как только водосборная поверхность смывается достаточным количеством осадков, вода с крыши снова направляется в цистерну для хранения. Обычно первые 0,01 дюйма осадков считаются достаточными для удаления большей части пыли и грязи с поверхности водосбора.Таким образом, в цистерну собирается только самая чистая вода с крыши, а загрязненная вода выбрасывается в отходы.

  Есть несколько способов сделать это. Вода с крыши может быть отведена вручную через ряд клапанов в системе водостока, или автоматические мойки крыши могут быть изготовлены владельцем цистерны или приобретены у коммерческих дистрибьюторов.

  Простой переключатель для мойки крыш показан на рис. 12. Эта конкретная конструкция требует ручного управления откидным клапаном для управления траекторией потока воды с крыши в водовыпускной системе.Такой клапан будет необходим на каждой водосточной трубе, если все они не сходятся в одну трубу непосредственно перед сливом в цистерну. Такая конструкция с одним клапаном определенно предпочтительна, поскольку для работы переключателя такого типа требуется, чтобы кто-то вышел и закрыл клапан вскоре после начала дождя, позволяя воде с крыши течь в цистерну. Клапан должен быть расположен так, чтобы к нему можно было получить доступ или управлять им с крытого крыльца или другого крытого участка, прилегающего к дому или цистерне.

  
  Рис. 12. Простой переключатель для мойки кровли.

  В периоды, когда дожди разделены лишь короткими периодами времени (менее суток), нет необходимости отклонять первоначальную мойку крыши каждый раз, когда начинается дождь. Однако после продолжительного засушливого периода важно отвести первоначальную воду на крыше, образовавшуюся в результате первых дождей.

  Что касается определения того, сколько воды с крыши должно стекать в отходы, прежде чем направлять ее в цистерну, это будет варьироваться для каждого шторма.Вы можете использовать внешний вид воды на крыше в качестве индикатора — если она прозрачна для вашего глаза, когда она собрана в прозрачную стеклянную банку, вы можете направить воду в цистерну для хранения и последующего использования. Или вы можете разместить большой контейнер емкостью от 10 до 20 галлонов под сливом для мусора. Размер контейнера должен соответствовать вашей конкретной площади крыши — 10 галлонов на 1000 квадратных футов площади крыши. Так, в начале ливня грязная вода с крыши направляется в емкость; когда он наполняется, вы знаете, что водосборный резервуар был достаточно промыт и вода с крыши может быть после этого направлена ​​в цистерну.Для этого типа устройства было бы лучше всего использовать один резервуар для сбора воды на крыше для всего водосбора. Соответствующий дренаж, например, в засыпанную гравием яму, должен быть предусмотрен для воды с крыши, которая будет выброшена впустую, независимо от того, проходит она сначала через сборный резервуар или нет.

  На рис. 13 показан автоматический переключатель для мойки крыши, который не требует чьего-либо присутствия для работы в начале ливня, как это было в случае с предыдущей конструкцией. Основной принцип тот же.Определенное количество загрязненной воды с крыши в начале ливня собирается в емкость, чтобы она не могла попасть в цистерну. Как только водосборный резервуар смывается достаточным количеством воды, вода с крыши снова направляется в цистерну. Для конструкции, изображенной на Рисунке 13, объем приемного резервуара должен составлять 10 галлонов на 1000 квадратных футов площади крыши. Если необходимо более одного сборного сосуда, как в случае очень большого водосбора, размер этих сосудов следует соответственно отрегулировать, чтобы покрыть всю площадь водосбора.

  
  Рис. 13. Автоматический переключатель для мойки крыш. (По материалам Jenkins, D. и F. Pearson. 1978 г. Возможности систем сбора дождевой воды в Калифорнии. Центр водных ресурсов Калифорнии, Университет Калифорнии, Contrib. No. 173, стр. 51).

  Показанный дизайн Рисунок 13 является довольно обобщенным в том смысле, что для компонентов самодельной мойки крыши даны некоторые особенности. Сосуд для сбора может быть большой пластиковой или стеклянной бутылкой, дождевой бочкой или другим подобным контейнером.Независимо от типа используемого контейнера, такой автоматический мойщик крыши должен иметь несколько важных функций. К ним относятся поплавок для закрытия емкости или сборная ловушка, когда она заполнена, конические направляющие, чтобы гарантировать, что поплавок не смещается с одной стороны отверстия при заполнении емкости, а также средства для опорожнения сборного сосуда между штормами.

  Плавучий пластиковый шар диаметром несколько дюймов будет служить в качестве поплавка в автоматическом переключателе для мойки крыш, построенном по образцу того, что показано на Рисунке 13.Конечно, шар должен быть немного больше в диаметре, чем отрезок трубы, ведущей в верхнюю часть уловителя. Это предотвратит утечку грязной воды с крыши, собранной в сифоне, и ее попадание в цистерну после заполнения сифона. Мягкая резиновая полоса может быть закреплена вокруг кромки трубы в верхней части сборной ловушки, где шарик остановится, для улучшения уплотнения.

  По мере заполнения уловителя и подъема поплавка наверх его следует направить к отверстию входной трубы с помощью перевернутой воронки или подобного устройства.В противном случае поплавок может застрять вбок и, таким образом, не заблокирует подающую трубу. Воронка или направляющая поплавка должны выходить достаточно далеко по сторонам уловителя, чтобы поплавок не мог попасть между краем направляющей и стороной уловителя. Направляющую поплавка можно расширить и прикрепить к входной трубе с помощью нержавеющих болтов, как показано на Рисунке 13A. Предпочтительна пластиковая направляющая поплавка; однако другие материалы, такие как оцинкованная сталь, листовой алюминий или олово, также приемлемы для использования в этой части водосборной системы.

  Необходимо предусмотреть возможность слива воды из автоматического переключателя для мойки крыш в периоды дождя. Это можно сделать несколькими способами. Два из них показаны на рис. 138. Для слива воды из сборного сифона можно использовать простой сифонный насос с сильфоном или дренажное отверстие небольшого диаметра. Хотя оба этих механизма показаны на рисунке 138, в реальной системе потребуется только один из двух. Если бы использовался сифонный насос, кто-то должен был бы включать его после каждого ливня.Конец сифонной трубки внутри уловителя должен располагаться на высоте от до ½ дюйма над дном улавливателя, чтобы избежать накопления там слоя осадка. Если вы решите использовать дренажное отверстие для дренажа водосборного сифона с крыши, его следует просверлить на боковой стороне сифона примерно на ½ дюйма выше дна и диаметром 1/16 дюйма. Это позволит воде медленно стекать из сборного сифона в периоды без дождя, но при этом вода будет стекать достаточно медленно, чтобы во время ливня было потеряно очень мало.Третий метод слива сифона — это просто установка крана с клапаном сбоку или снизу сифона. Клапан будет закрыт во время дождя и открыт в периоды без дождя. Это устройство также потребовало бы присутствия кого-то для управления клапаном, хотя это можно было бы сделать на досуге в периоды без дождя.

  Независимо от типа выхода отходов, используемого в сифоне, он должен вести в заполненную гравием яму или в воздух, а не в канализацию.Кроме того, слой осадка будет накапливаться на дне любой водосборной ловушки с крыши, что требует периодической очистки. Эти факторы следует учитывать при планировании размещения и установки этих устройств в вашей конкретной системе.

  Если вы не хотите конструировать собственный переключатель для мойки крыши, коммерческие устройства можно приобрести у множества поставщиков. Тот, что изображен на рисунке 14, изготовлен компанией Water Filtration Co., 1088 Industry Rd., Marietta, Ohio 45750.

  
  Рисунок 14.Доступный в продаже кровельный очиститель с фильтром. (Источник: информационная брошюра для клиентов Water Filtration Co., Water Filtration Co., 1088 Industry Rd., Мариетта, Огайо, 45750.)

  Фильтры для воды на крыше

  В дополнение к мойкам крыши ваша водосборная система должна также включать кровельный водяной фильтр, расположенный между водосбором и цистерной. Такой фильтр в первую очередь служит для удаления твердых частиц и связанных с ними загрязнений из воды до того, как она попадет в цистерну. Он также может до некоторой степени нейтрализовать кислую дождевую воду, если известняк используется в гравийных и каменных частях фильтра.

  Одна из возможных конструкций водяного фильтра на крыше изображена на Рисунке 6. Блок фильтра может быть полностью или частично заглублен под землю, чтобы уменьшить вероятность замерзания в зимние месяцы. Блок фильтра, показанный на Рисунке 6, сделан из железобетона со стенками и верхом толщиной минимум 4 дюйма. Короткая секция сборных железобетонных водопропускных труб может также функционировать как фильтровальная коробка; Однако потребуется крышка или крышка. Люк и крышка, аналогичные описанным ранее для самого бачка, также должны быть встроены в верхнюю часть фильтра, чтобы обеспечить доступ для периодических проверок и технического обслуживания.Если блок фильтра расположен непосредственно на верхней части бачка, как показано на рисунке 6, убедитесь, что в месте соединения двух фильтров имеется водонепроницаемое уплотнение.

  Фильтрующая среда состоит из нескольких слоев гравия и песка. Общая толщина фильтрующего материала должна составлять минимум 12 дюймов и максимум около 3 футов, в зависимости от площади водосбора и размера коробки фильтра. Фильтр размера, показанного на рисунке 6, будет подходящим для площади крыши до 2000 квадратных футов для всех, кроме, возможно, самых сильных дождей.По этой причине в корпус фильтра также должен быть встроен перелив, как показано на рисунке 6. Сетчатая аппаратная ткань (от до ½ дюйма) или алюминиевая сетка помещается на дно корпуса фильтра (с внутренней стороны) перед кладется гравий и песок. Это сохранит фильтрующий материал на месте.

  Поперечное сечение типичного водяного фильтра на крыше показано на Рисунке 15. Подробно показаны размеры и глубина слоев песка и гравия. Известняк следует использовать для гравийной и каменной частей фильтра.Необходимо использовать чистый фильтрующий песок и гравий, а перед укладкой песка и гравия следует очистить и продезинфицировать всю фильтровальную коробку. Готовую систему также следует продезинфицировать хлором. Перед тем как положить в фильтр песок и гравий, промойте внутреннюю часть корпуса фильтра дезинфицирующим раствором из стакана 5-процентного хлорного отбеливателя, смешанного с 10 галлонами воды. Тщательно вымойте все внутренние поверхности щеткой. После того, как песок и гравий уложены, в фильтр следует добавить галлон 5-процентного хлорного отбеливателя, наполнить фильтр чистой водой и дать ему постоять в течение 24 часов.По истечении этого времени необходимо слить раствор хлора из фильтра и пропустить через фильтр чистую воду до тех пор, пока запах хлора не исчезнет и вода не станет прозрачной.

  
  Рис. 15. Размеры и глубина песка и гравия для кровельного фильтра. (По материалам Midwest Plan Service, Университет штата Айова, 1968. Private Water Systems., Стр. 53.)

  Перфорированная брызговая пластина также изображена на рисунке 15. Она расположена примерно на 2 дюйма выше поверхности песка и служит чтобы ослабить силу поступающей воды, равномерно распределяя ее по поверхности фильтрующего песка.Таким образом, песок будет как можно меньше потревожить. В качестве брызговика следует использовать неметаллический материал, такой как дерево или пластик. Полудюймовые отверстия следует просверлить в брызговике с 2-дюймовыми центрами. Опоры для брызговика должны быть встроены в стенки коробки фильтра, что позволит легко снимать и устанавливать пластину для осмотра и обслуживания фильтра.

  Любой фильтр со временем забивается и требует периодического обслуживания. Это может повлечь за собой удаление части фильтрующего материала и замену новым песком или гравием.Если такая замена необходима, весь блок фильтра следует очистить и продезинфицировать в соответствии с процедурой, описанной ранее. Периодическая проверка водяного фильтра на крыше в вашей системе должна предоставить визуальные свидетельства неисправности или засорения, требующие корректирующих действий.

  Водосборники на крыше

  Как упоминалось ранее, некоторые типы кровельных материалов больше подходят для использования в качестве поверхностей для сбора дождевой воды цистерн. Наиболее подходящими для водосборов являются битумная черепица, сланец и листовой металл (олово или алюминий).При планировании системы водосборного бачка необходимо учитывать следующие факторы:

  • Кровельные материалы с шероховатой поверхностью будут собирать грязь и мусор, что повлияет на качество стока.
  • Некоторые окрашенные поверхности, деревянная черепица и немного битумной черепицы могут придавать неприятный вкус или цвет.
  • Все желоба и водосточные трубы должны легко чиститься и проверяться.
  • Площадь крыши должна быть достаточно большой для подачи необходимого количества воды.
  • Атмосфера в вашем районе может содержать нежелательные или вредные загрязнители, которые могут повлиять на качество собираемой дождевой воды.
  • Перед использованием кровельного покрытия проконсультируйтесь с местными органами здравоохранения относительно возможной токсичности материала.

  Защитные ограждения желобов также должны быть установлены вдоль любого водосбора крыши. Алюминиевый экран или сетку для оборудования с сеткой ¼ или ½ дюйма можно разрезать на полоски и закрепить поверх открытых желобов, как показано на Рисунке 16. Защитные ограждения желобов не пропускают листья, ветки и животных, но пропускают воду.Также удалите все ветки деревьев, нависающие над водосбором. Вы также можете удалить близлежащие деревья, из-за которых листья и ветки попадают в водосборный бассейн; или, если вы планируете новый дом и систему цистерн, не сажайте деревья прямо рядом с домом.

  
  Рисунок 16. Решетка желоба. (Источник: Midwest Plan Service, Университет штата Айова, 1968. Частные системы водоснабжения, стр. 14)

  Очистка воды в цистернах

  Некоторые конструктивные особенности, описанные ранее, помогут обеспечить высокое качество воды в цистернах.Они будут включать мойки крыш, фильтры для воды на крыше, ограждения водосточных желобов, гидроразъемы; и эффективно экранированы входные и выходные отверстия цистерны. Однако в дополнение к этим мерам потребуется специальная очистка воды для обеспечения безопасной питьевой воды в цистернах. Рекомендации по дезинфекции воды в цистернах и минимизации коррозии и переноса отложений в распределительных системах будут рассмотрены на следующих страницах.

  Дезинфекция цистерны для воды

  Внутренняя часть новой цистерны должна быть промыта дезинфицирующим раствором хлора и воды, как описано для крышных фильтровальных ящиков. Осторожно: убедитесь, что во время работы внутри цистерны имеется соответствующая вентиляция из-за опасности газообразного хлора и недостатка кислорода. После дезинфекции и перед заполнением водой внутреннюю часть бачка следует промыть чистой водой до тех пор, пока не исчезнет сильный запах хлора. Бачок также следует продезинфицировать после очистки или другого технического обслуживания, которое требует опорожнения бачка.

  Для дезинфекции хранящейся в цистерне воды самой простой процедурой является добавление стандартного отбеливателя без запаха один раз в неделю из расчета одна унция на 200 галлонов хранимой воды в периоды засухи или одна унция на каждые 400 галлонов хранимой воды во время периодов повышенной влажности. .Если в воде появляется привкус хлора, может быть достаточно безопасно еженедельно дозировать одну унцию на каждые 400 галлонов хранимой воды. Если из-за отсутствия людей вода не хлорируется в течение недели или дольше, по возвращении в цистерну следует добавить одну унцию хлорного отбеливателя на каждые 200 галлонов хранимой воды.

  Вы можете придумать простой способ измерения объема воды, хранящейся в цистерне. Должен быть получен деревянный столб, достаточно длинный, чтобы дотянуться до дна цистерны через отверстие люка.Затем шток можно откалибровать так, чтобы, когда он опирался на дно, он указывал приблизительный объем хранимой воды из глубины воды. Сделать это можно следующим образом. Во-первых, определите вместимость бачка на одном из двух столов в конце этого буклета. Если ваша цистерна имеет прямоугольную форму, а не квадратную или круглую, вы можете определить ее вместимость, выполнив следующую процедуру. Умножьте длину на ширину на глубину (все в футах), чтобы получить количество кубических футов хранилища.Затем умножьте это число на 7,5, чтобы получить количество галлонов емкости хранилища. Например, цистерна размером 10 на 8 футов и глубиной 6 футов будет иметь емкость, равную (10 X 8 X 6) X 7,5, или 3600 галлонов.

  После определения вместимости бачка можно откалибровать штангу согласно следующему примеру. Чтобы откалибровать измерительную штангу для цистерны размером 10 футов на 8 футов и глубиной 6 футов, сначала разделите емкость на глубину в дюймах, чтобы получить количество галлонов на каждый слой накопленной воды толщиной 1 дюйм ( 3600/72 или 50 галлонов в этом примере).Затем просто отметьте столб с интервалом в 1 дюйм, начиная с одного конца и двигаясь к другому, пока не будет достигнута общая глубина накопленной воды (6 футов или 72 дюйма в этом примере). На каждом интервале в 1 дюйм отметьте соответствующий объем, начиная (внизу) с 50, 100, 150, 200 и т. Д., Добавляя 50 (для этого примера) к каждому последующему интервалу.

  После калибровки такая мерная линейка даст вам быстрый способ оценить объем воды, оставшейся в цистерне в любой момент времени.Глубины и соответствующие объемы также могут быть указаны рядом в простой таблице, и тогда палка будет использоваться только для измерения глубины воды в цистерне. Необходимые дозировки хлора также могут быть указаны рядом с различными объемами для быстрой справки.

  Если вода имеет неприятный вкус и запах, можно использовать следующую процедуру. Добавьте 2 унции кристаллизованного тиосульфата натрия в 1 галлон чистой воды. Затем добавьте 1 л этого раствора на каждые 1000 галлонов воды в цистерне, смешивая ее с водой из цистерны, но соблюдая осторожность, чтобы не взбалтывать донный осадок.Через несколько часов вода не должна иметь неприятного вкуса и запаха.

  Любое водоснабжение должно проверяться на бактериальное загрязнение не реже одного раза в год. Если анализ воды показывает, что вода загрязнена, необходимо провести тщательный осмотр всей системы водоснабжения и территории, окружающей цистерну, чтобы найти и устранить источник загрязнения.

  В качестве альтернативы добавлению дезинфицирующего средства непосредственно в цистерну у большинства дистрибьюторов оборудования для водоподготовки можно приобрести промышленные линейные автоматические хлораторы.

  Сведение к минимуму коррозии в системах водоснабжения цистерн

  Как указывалось ранее, дождевая вода является кислой и, следовательно, коррозионной. Если не будут предприняты шаги по нейтрализации этой воды, она вызовет коррозию в бытовых распределительных системах, добавляя в водопроводную воду токсичные металлы, такие как свинец и кадмий. Коррозионные процессы — это очень сложные химические реакции, в которых участвует множество различных факторов. Использование представленных здесь рекомендаций не устранит полностью коррозию в вашей системе цистерны, но должно снизить ее до допустимого уровня.Наша цель — минимизировать количество корродированных металлов в готовой водопроводной воде.

  Возможно, самый надежный способ минимизировать количество металлов в водопроводной воде — это использовать пластиковую трубу для обслуживания хотя бы одного крана холодной воды в системе. Это эффективно заменит источник металлического свинца и меди на нетоксичный, не подверженный коррозии трубопровод из ПВХ или PEX-пластика. Обязательно используйте пластиковую трубу, соответствующую техническим требованиям для подачи питьевой воды, если вы собираетесь ее использовать. Если только один кран с холодной водой в вашем доме будет обслуживаться полностью пластиковым водопроводом, вам следует набирать всю питьевую воду из этого крана, а не из другого.Наверное, было бы лучше всего залить пластиком водопроводный кран на кухне и, возможно, санузел в ванной комнате. Если вы планируете новую систему с нуля, вы можете рассмотреть возможность использования пластиковой сантехники во всей системе распределения.

  Если ваша существующая распределительная система старше (до 1990 г.), она, вероятно, состоит из медных труб с припоем, припаянными свинцом. Если вы не хотите заменять его часть пластиком, альтернативой может быть установка проточного нейтрализатора кислоты, чтобы снизить коррозионную активность воды.Такие устройства можно приобрести у дистрибьюторов оборудования для очистки воды, расположенных по всей Пенсильвании. Установки для нейтрализации кислоты стоят около 1500 долларов и доступны в ручном или автоматическом исполнении.

  Вместо встроенного нейтрализатора кислоты нейтрализующий агент может быть добавлен непосредственно в цистерну. Ниже приводится таблица общих щелочных реагентов с примерными скоростями обработки. Они перечислены в порядке от наименьшей к наибольшей стоимости за фунт.

  Реагент	Химическая формула	Количество, необходимое для нейтрализации 1000 галлонов дождевой воды
  Известняк	CaCO 3	2 унции.
  Негашеная известь	CaO	1 унция.
  Гашеная известь	Ca (OH) 3	1 унция.
  Кальцинированная сода	NaCO 3	1 унция.
  Каустическая сода	NaOH	1,5 унции.

  Необходимо периодически добавлять соответствующее количество нейтрализующего агента в зависимости от количества и частоты поступления дождевой воды в цистерну.Возможно, наиболее удобной процедурой обработки было бы добавление нейтрализующего агента при добавлении дезинфицирующего средства в цистерну (один раз в неделю), по крайней мере, в течение нескольких недель, когда собирается дополнительный дождь. В течение недель, когда пресной дождевой воды собирается мало или совсем не собирается, нет необходимости добавлять нейтрализатор в цистерну.

  Некоторые владельцы цистерн помещают в свои цистерны блоки природного известняка, которые служат в качестве постоянных нейтрализующих агентов. У нас нет никаких рекомендаций относительно размера или других характеристик таких блоков.

  Независимо от того, устанавливаете ли вы нейтрализатор кислоты или пластиковую трубу или добавляете нейтрализующий агент непосредственно в цистерну, есть одна простая вещь, которую вы должны сделать перед тем, как использовать водопроводную воду для питья или приготовления пищи. Перед тем, как использовать ее для питья или приготовления пищи, вы всегда должны дать стечь холодной воде примерно в течение минуты. Это позволит смыть «застоявшуюся» воду (содержащую токсичные металлы, если из медной или другой металлической трубы со свинцовым припоем) из линии подачи, в результате чего останется водопроводная вода приемлемого качества.Эта практика особенно важна после того, как кран не использовался в течение нескольких часов или в течение ночи. Вместо того, чтобы просто слить воду в канализацию во время этой процедуры, вы можете использовать ее для других целей, кроме питья или приготовления пищи.

  Сведение к минимуму переноса наносов через системы цистерн

  Использование крышных мойщиков и крышных водяных фильтров, подробно описанных ранее, минимизирует попадание твердых частиц в цистерну. Однако эти устройства не могут полностью исключить попадание мелких частиц или образование слоя осадка на дне цистерны.Следовательно, необходимо предпринять определенные шаги, чтобы предотвратить перенос этого осадка по распределительной системе и, возможно, его попадание в кран.

  Рекомендуется периодическая очистка бачка для удаления отложений. Это потребует слива воды из цистерны, вычерпывания осадка и промывки внутренней части щеткой и дезинфицирующим средством. Тщательное ополаскивание чистой водой должно предшествовать наполнению бачка. Такую чистку следует производить через регулярные промежутки времени каждые три-пять лет.Во время очистки также может потребоваться нанесение нового слоя герметика для внутренних поверхностей.

  Встроенный блок фильтрации осадка, подобный тем, которые коммерчески продаются одной из двух компаний, перечисленных ранее для нейтрализаторов кислоты, должен быть установлен между цистерной и краном для удаления любого осадка, который в противном случае мог бы попасть в кран. Такие устройства находятся в том же ценовом диапазоне, что и нейтрализаторы кислоты, а некоторые устройства доступны в виде комбинированного нейтрализатора кислоты / осадочного фильтра.

  Сводная ведомость

  Эта публикация предназначена для использования в качестве руководства для домовладельцев, которые планируют построить систему водосборных цистерн на крыше. Он также предоставит полезную информацию тем, у кого уже есть резервуар для дождевой воды и кто хочет улучшить качество используемой воды. Представленные здесь материалы собраны из научных исследований, государственных агентств и частных фирм, специализирующихся на домашних системах водоснабжения. Исследование цистерн, которое легло в основу данной публикации, было проведено в сельских округах Кларион и Индиана, штат Пенсильвания, в течение 1979 и 1980 годов под руководством Школы лесных ресурсов, Института исследования экологических ресурсов и Государственного отделения Пенсильвании.Финансирование осуществлялось в соответствии с разделом V Закона о развитии сельских районов.

  Ссылки

  Информация в этом циркуляре была адаптирована из следующих публикаций:

  • Вклад № 173, «Возможности систем сбора дождевой воды в Калифорнии», Дэвида Дженкинса и Фрэнка Пирсона. Можно получить в Калифорнийском центре водных ресурсов Калифорнийского университета, 475 Kerr Hall, Davis, California 95616.
  • Брошюра с информацией для клиентов. Water Filtration Co., 1088 Industry Rd., Marietta, Ohio 45750.
  • Private Water Systems . Midwest Plan Service, Университет штата Айова, Эймс, штат Айова, 50010, attn. Стажер-специалист по сельскому хозяйству.
  • Цистерны для сельского водоснабжения в Огайо Норман Г. Бейли. Центр водных ресурсов, Университет штата Огайо, 1791 Нил Авеню, Колумбия, Огайо 43210
  16
  
  
  
  91 153 1687
  
  
  
  
  
  54 54 16200
  
  
  115201153 19440
  Цистерны 911 53 472
  900 590
  6
  9 1153 1735
  
  
  3988
  
  
  
  
  54 9115 3 8520
  
  

  Вместимость (галлонов) квадратных цистерн

  Площадь дюймов футов	4 фута	5 футов	6 футов	7 футов	8 футов	9 футов	10 футов	11 футов	12 футов	13 футов	14 футов	15 футов	Размах из Одна сторона
  480	600	720	840	960	1080	1200	1320	1440	1440	4
  25	750	937	1125	1312	1500	1875	2062	2250	2437	2625	2812	5
  36
  36			1890	2150	2430	2700	2970	3240	3510	3780	4050	6			2205	2572	2940	3307	3675	4042	4410	4777	5145		1920	2400	2880 911 54	3360	3840	4320	4800	5280	5760	6240	6720	7200		7200	49	3037	3645	4252	4860	5467	6075	6682	7290	7897		7897			100	3000	3750	4500	5250	6000	6750	7500	8250	9000	8250	9000				10
  121	3630	4537	5445	6352	7260	8167	9075	9982	10890
  144	4320	5400	6480	7560	8640	9720	10800	11880	10800	11880	10800	11880		12
  169	5070	6337	7605	8872	10140	11407	10140	11407		17745	1901 2	13
  196	5880	7350	8820	10290	11760	13230	1470011	13230	13230	20580	22050	14
  225	6750	8437	10125		11812				20250	21937	23625	25312	15
  256	7680	9600							19200	21120 9115 4	23040	24960	26880	28800	16
  289	8670	10837	13005	10837	13005		21675	23842	26010	28177	30345	35512	17
  324		21870	24300	26730	29160	31590	34020	36450	18	36450	18	36450	18			18952	21660	24367	27075	29782	32490	35197	37905	40612	19					21000	24000	27000	30000	33000	36000	39000	42000	45000
  Диаметр дюйма футов	4 фута	5 футов	6 футов	7 футов	8 футов	9 футов	10 футов	11 футов	12 футов 911	14 футов	15 футов
  4	378	566	661	755	850	944	1038	1133	1227	1322	49	737	885	1032	1180	1327	1475	1622	1770			850	1062	1274	1487	1699	1912	2124	2336	2549	2336	2549
  7	1156	1445	2024	2313	2602	2891	3180	3469	3758	4047			4047			1888	2266	2643	3021	3398	3776	4154	4531	4909			2385	2863	3340	3817	4294	4771	5248	5725	6202 9004		2360	2950	3540 90 044	4130	4720	5310	5900	6490	7080	7670	8260	8850			8850		4283	4997	5711	6425	7139	7853	8567	9281	9995				9995		9995		4248	5098	5947	6797	7646	8496	9346	10195	11045	10195	11045		4985	5983	6980	7977	8974	9971	10968	11965	12962	13959	14956 9004	13959	14956 54 54 54 54 54 54	6983	8095	9251	10408	11564	12720	13877	13033	16190		16190 9116	171154	6637	7965	9292	10620	11947	13275	14602	15930	17258 185		6006	7516 9 1154	9026	10537	12047	13558	15068	16578	18089	19599	21110	19599	21110			21110		8526	10230	11936	13641	15346	17051	18756	20461	22166 53 20461		7646	9558	11470	13381	15293	17204	19116	17204	19116	21028	22	21028	22
  19	10650	12779	14909	17039	19169	21299	23429	25559			20	9440	11800	14160	16520	18880	21240	23600	25960	33044	25960	33044	25960	313

  Подготовил Эдвард С.