Тепловы́е сво́йства древеси́ны, совокупность свойств, определяющих способность древесины поглощать, проводить и перемещать тепловую энергию. К ним относятся теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность и тепловое расширение. Тепловые свойства имеют важное значение при использовании древесины в строительстве, необходимы для расчётов процессов её нагревания, сушки, оттаивания, замораживания, потерь тепла через ограждения из древесины и др.

Теплоёмкость древесины

Теплоёмкость материала характеризует его способность аккумулировать тепло. Показателем этого свойства является удельная теплоёмкость $(c)$. Удельная теплоёмкость древесины не зависит от породы, поскольку состав древесинного вещества у всех пород одинаков, и при 0 °C для абсолютно сухой древесины равна 1,55 кДж/кг·°C. С повышением температуры $(t)$ удельная теплоёмкость древесины несколько возрастает; значительно сильнее влияет на неё увлажнение древесины; одновременное влияние температуры и влажности $(W)$ на теплоёмкость древеcины показано на диаграмме. Замораживание сырой древесины приводит к уменьшению теплоёмкости, на теплоёмкость мёрзлой древесины в большей мере влияет температура, а не влажность. Экспериментально удельную теплоёмкость определяют калориметрами.

Диаграмма удельной теплоёмкости древесины. Выполнено по материалам из книги: Серговский П. С., Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Москва, 1987.Диаграмма удельной теплоёмкости древесины. Выполнено по материалам из книги: Серговский П. С., Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Москва, 1987.

Теплопроводность и температуропроводность древесины

Процессы распространения (переноса) тепла в материале характеризуются коэффициентами теплопроводности и температуропроводности.

Коэффициент теплопроводности $( \lambda )$ характеризует интенсивность перемещения тепла в материале. На способность древесины проводить тепло оказывает влияние её плотность. При увеличении плотности сухой древесины $( \rho _0)$ возрастает её теплопроводность, поскольку древесинное вещество имеет примерно в 20 раз больший коэффициент теплопроводности, чем воздух. Точные данные о теплопроводности древесинного вещества отсутствуют, поперёк волокон она составляет 0,42–0,5 Вт/(м·°C), вдоль волокон – 0,65–0,94 Вт/(м·°C). Коэффициент теплопроводности древесины зависит от температуры, влажности, породы, направления потока тепла относительно волокон.

Зависимость теплопроводности древесины поперёк волокон от плотности в абсолютно сухом состоянии. Выполнено по материалам из книги: Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение. Москва, 2007.Зависимость теплопроводности древесины поперёк волокон от плотности в абсолютно сухом состоянии. Выполнено по материалам из книги: Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение. Москва, 2007.Теплопроводность в продольном направлении примерно в 1,5–2 раза выше, чем в поперечном, поскольку микрофибриллы ориентированы преимущественно вдоль оси клеток. По радиальному и тангенциальному направлениям величина коэффициента теплопроводности у древесины хвойных и большинства лиственных пород практически не различается, за исключением лиственных пород с большим объёмом сердцевинных лучей (дуб, бук), у которых коэффициент теплопроводности в радиальном направлении примерно на 15 % больше, чем в тангенциальном. Величину коэффициента теплопроводности можно определить по диаграмме, расчётным путём, также с помощью измерителей теплопроводности и др.

Влияние температуры и влажности на величину коэффициента теплопроводности показано на обобщённой диаграмме для древесины берёзы [базисная плотность $(\rho _б)$ 500 кг/м³] поперёк волокон. Для определения коэффициента теплопроводности других древесных пород в различных направлениях используют данную диаграмму и формулу:

$\lambda = \lambda_ {ном} \cdot K _ \rho \cdot K_x$,

где$\lambda_ {ном}$ – номинальное значение коэффициента теплопроводности по диаграмме; $K_ \rho$ – коэффициент, учитывающий влияние базисной плотности древесины; $K_x$ – коэффициент, учитывающий влияние направления теплового потока.

Значения коэффициентов теплопроводности у древесины сравнительно невелики, она является довольно хорошим теплоизоляционным материалом и широко применяется в строительстве.

Диаграмма коэффициента теплопроводности древесины берёзы поперёк волокон. Выполнено по материалам из книги: Серговский П. С., Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Москва, 1987.Диаграмма коэффициента теплопроводности древесины берёзы поперёк волокон. Выполнено по материалам из книги: Серговский П. С., Расев А. И. Гидротермическая обработка и консервирование древесины. Москва, 1987.Коэффициент температуропроводности $(a)$ характеризует скорость изменения температуры материала при нестационарном теплообмене (нагревании или охлаждении). На температуропроводность древесины оказывают влияние её плотность и влажность. С уменьшением плотности абсолютно сухой древесины возрастает её температуропроводность, т. к. значение коэффициента температуропроводности воздуха примерно в 100 раз больше, чем древесинного вещества. Увеличение содержания свободной воды [при влажности выше предела насыщения клеточных стенок $(W_{п.н})$] приводит к резкому падению температуропроводности (значение коэффициента температуропроводности воды примерно в 150 раз меньше, чем воздуха); в области ниже $W_{п.н}$ влияние влажности на величину $a$ практически не наблюдается, т. к. значения коэффициентов температуропроводности древесинного вещества и воды довольно близки.

Зависимость коэффициентов теплопроводности и температуропроводности древесины сосны от влажности при тепловом потоке в радиальном направлении. Выполнено по материалам из книги: Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение. Москва, 2007.Зависимость коэффициентов теплопроводности и температуропроводности древесины сосны от влажности при тепловом потоке в радиальном направлении. Выполнено по материалам из книги: Уголев Б. Н. Древесиноведение и лесное товароведение. Москва, 2007.

Тепловое расширение древесины

Тепловое расширение древесины происходит при нагревании, наблюдается увеличение её объёма. Коэффициент линейного теплового расширения $({ \alpha } ^\prime )$ представляет собой изменение единицы длины тела при нагревании его на 1 °C. Линейное тепловое расширение поперёк волокон значительно больше (иногда в 10–15 раз), чем вдоль волокон [коэффициент линейного теплового расширения для сухой древесины находится диапазоне (2,5–5,4)·10^–6 °C^–1]; в тангенциальном направлении – в 1,5–1,8 раза выше, чем в радиальном. Коэффициент линейного теплового расширения вдоль волокон древесины составляет 0,1–0,3 коэффициента теплового расширения металлов, бетона, стекла. При нагревании влажной древесины, кроме теплового расширения поперёк волокон, одновременно происходит значительно бо́льшая влажностная деформация. Усушка и разбухание маскируют чисто температурные деформации древесины поперёк волокон, т. к. изменение влажности на 1% в области ниже $W_{п.н}$ вызывает деформацию в десятки раз бо́льшую, чем изменение температуры на 1 °C.