Теплопроводность изоляционных материалов: Теплоизоляционные материалы: виды, свойства, теплопроводность

Содержание

Коэффициенты теплопроводности изоляции

1

Асбестовый матрац, заполненный совелитом

0,087+0,00012* tт

2

Асбестовый матрац, заполненный стекловолокном

0,058+0,00023* tт

3

Асботкань в несколько слоев

0,13+0,00026* tт

4

Асбестовый шнур

0,12+0,00031* tт

5

Асбестовый шнур (ШАОН)

0,13+0,00026* tт

6

Асбопухшнур (ШАП)

0,093+0,0002* tт

7

Асбовермикулитовые изделия марки 250

0,081+0,00023* tт

8

Асбовермикулитовые изделия марки 300

0,087+0,00023* tт

9

Битумоперлит

0,12+0,00023* tт

10

Битумокерамзит

0,13+0,00023* tт

11

Битумовермикулит

0,13+0,00023* tт

12

Вулканитовые плиты марки 300

0,074+0,00015* tт

13

Диатомовые изделия марки 500

0,116+0,00023* tт

14

Диатомовые изделия марки 600

0,14+0,00023* tт

15

Известково-кремнеземистые изделия марки 200

0,069+0,00015* tт

16

Маты минераловатные прошивные марки 100

0,045+0,0002* tт

17

Маты минераловатные прошивные марки 125

0,049+0,0002* tт

18

Маты и плиты из минеральной ваты марки 75

0,043+0,00022* tт

19

Маты и полосы из непрерывного стекловолокна

0,04+0,00026* tт

20

Маты и плиты стекловатные марки 50

0,042+0,00028* tт

21

Пенобетонные изделия

0,11+0,0003* tт

22

Пенопласт ФРП-1 и резопен группы 100

0,043+0,00019* tт

23

Пенополимербетон

0,07

24

Пенополиуретан

0,05

25

Перлитоцементные изделия марки 300

0,076+0,000185* tт

26

Перлитоцементные изделия марки 350

0,081+0,000185* tт

27

Плиты минераловатные полужесткие марки 100

0,044+0,00021* tт

28

Плиты минераловатные полужесткие марки 125

0,047+0,000185* tт

29

Плиты и цилиндры минераловатные марки 250

0,056+0,000185* tт

30

Плиты стекловатные полужесткие марки 75

0,044+0,00023* tт

31

Полуцилиндры и цилиндры минераловатные марки 150

0,049+0,0002* tт

32

Полуцилиндры и цилиндры минераловатные марки 200

0,052+0,000185* tт

33

Совелитовые изделия марки 350

0,076+0,000185* tт

34

Совелитовые изделия марки 400

0,078+0,000185* tт

35

Скорлупы минераловатные оштукатуренные

0,069+0,00019* tт

36

Фенольный поропласт ФЛ монолит

0,05

37

Шнур минераловатный марки 200

0,056+0,000185* tт

38

Шнур минераловатный марки 250

0,058+0,000185* tт

39

Шнур минераловатный марки 300

0,061+0,000185* tт

Теплоизоляция: основные характеристики

Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений. Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность. Применение теплоизоляционных материалов в строительстве позволяет снизить вес конструкций, уменьшить потребление конструкционных строительных материалов (бетон, кирпич, древесина и др.). Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопление здания. Основной путь снижения энергозатрат на отопление зданий лежит в повышении термического сопротивления ограждающих конструкций с помощью теплоизоляционных материалов (ТИМ).
С 2000 года нормативные требования по расчётному сопротивлению теплопередачи ограждающих конструкций в России увеличены в среднем в 3,5 раза и практически сравнялись с аналогичными нормативами в Финляндии, Швеции, Норвегии, Северной Канаде, других северных странах. Соответственно выросло значение (ТИМ).

Основные технические характеристики

Свойства теплоизоляционных материалов применительно к строительству характеризуются следующими основными параметрами. Важнейшей технической характеристикой ТИМ является теплопроводность — способность материала передавать теплоту сквозь свою толщу, так как именно от нее напрямую зависит термическое сопротивление ограждающей конструкции. Количественно определяется коэффициентом теплопроводности λ, выражающим количество тепла, проходящее через образец материала толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур на противолежащих поверхностях 1°С за 1 ч. Коэффициент теплопроводности в справочной и нормативной документации имеет размерность Вт/(м·°С). На величину теплопроводности теплоизоляционных материалов оказывают влияние плотность материала, вид, размеры и расположение пор (пустот) и т.д. Сильное влияние на теплопроводность оказывает также температура материала и, особенно, его влажность. Методики измерения теплопроводности в различных странах значительно отличаются друг от друга, поэтому при сравнении теплопроводностей различных материалов необходимо указывать, при каких условиях проводились измерения.
Плотность — отношение массы сухого материала к его объему, определенному при заданной нагрузке (кг/м3).
Прочность на сжатие — это величина нагрузки (КПа), вызывающей изменение толщины изделия на 10%.
Сжимаемость — способность материала изменять толщину под действием заданного давления. Сжимаемость характеризуется относительной деформацией материала под действием нагрузки 2 КПа.
Водопоглощение — способность материала впитывать и удерживать в порах (пустотах) влагу при непосредственном контакте с водой. Водопоглощение теплоизоляционных материалов характеризуется количеством воды, которое впитывает сухой материал при выдерживании в воде, отнесенным к массе или объему сухого материала. Для снижения водопоглощения ведущие производители теплоизоляционных материалов вводят в них гидрофобизирующие добавки.
Сорбционная влажность — равновесная гигроскопическая влажность материала при определенных условиях в течение заданного времени. С повышением влажности теплоизоляционных материалов повышается их теплопроводность.
Морозостойкость — способность материала в насыщенном влагой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения. От этого показателя существенно зависит долговечность всей конструкции, однако, данные по морозостойкости не приводятся в ГОСТ или ТУ.
Паропроницаемость — способность материала обеспечивать диффузионный перенос водяного пара. Диффузия пара характеризуется сопротивлением паропроницаемости (кг/м2·ч· Па). Паропроницаемость ТИМ во многом определяет влагоперенос через ограждающую конструкцию в целом. В свою очередь последний является одним из наиболее существенных факторов, влияющих на термическое сопротивление ограждающей конструкции. Во избежание накопления влаги в многослойной ограждающей конструкции и связанного с этим падения термического сопротивления паропроницаемость слоёв должна расти в направлении от тёплой стороны ограждения к холодной.
Воздухопроницаемость. Теплоизолирующие свойства тем выше, чем ниже воздухопроницаемость ТИМ. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения специальной ветрозащиты. Жесткие изделия, в свою очередь, обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах. Они сами могут применяться в качестве ветрозащиты. При устройстве теплоизоляции наружных стен и других вертикальных конструкций, подвергающихся напору ветра, следует помнить, что при скорости ветра 1 м/с и выше целесообразно оценить необходимость ветрозащиты.
Огнестойкость — способность материала выдерживать воздействие высоких температур без воспламенения, нарушения структуры, прочности и других его свойств. По группе горючести теплоизоляционные материалы подразделяют на горючие и негорючие. Это является одним из важнейших критериев выбора теплоизоляционного материала.

Общие принципы устройства теплоизоляции

1. Теплоизоляция строительных конструкций должна быть запроектирована так, чтобы выполнять возложенные на нее функции в течение всего жизненного цикла конструкции.

2. В проекте должны быть описаны способы укладки и защиты теплоизоляционных материалов для обеспечения заданной теплопроводности. Изоляционный материал должен заполнять весь предусмотренный проектом объем и выдерживать нагрузки, возникающие как при укладке, так и в процессе эксплуатации. При необходимости проект должен содержать описание способов заполнения стыковочных швов.

3. Слой теплоизоляционного материала с подветренной стороны здания необходимо защищать от ветра. Ветрозащитный слой должен покрывать весь изоляционный материал и быть настолько плотным, чтобы препятствовать проникновению в строительные конструкции или сквозь них воздушных потоков, существенно снижающих изоляционные свойства материала. Особое внимание следует обратить на места соединения наружных стен и стен фундамента, наружных стен и чердачных перекрытий, на углы наружных стен и коробки проемов.

4. Если в многослойной ограждающей конструкции паропроницаемость слоёв уменьшается по мере движения от тёплой стороны к холодной, существует опасность накопления внутри конструкции конденсирующейся влаги. Для минимизации этого эффекта на теплой стороне ограждения устраивают специальный пароизоляцонный барьер, паропроницаемость которого не менее чем в несколько раз выше, чем у наружных слоёв. Швы и соединения пароизоляционного барьера должны быть загерметизированы.

5. Ограждающая конструкция должна быть спроектирована так, чтобы создать как можно более благоприятные условия для свободного выхода за её пределы паров неизбежно проникающей в неё влаги. При необходимости защиты теплоизоляционных материалов от ветра или атмосферной влаги целесообразно использовать специальные «дышащие» мембраны, прозрачные для выхода водяных паров.

6. Исследования показали, что многие негативные явления, возникающие в многослойных ограждающих конструкциях (плесень, гниль, формальдегид, радон и др.), как правило, связаны с сыростью. Залог надёжной работы ограждающей конструкции — учёт на стадии проектировании всего комплекса вопросов тепломассопереноса. В проекте должны быть описаны способы укладки и защиты теплоизоляционных материалов для обеспечения заданной теплопроводности. Изоляционный материал должен заполнять весь предусмотренный проектом объем и выдерживать нагрузки, возникающие как при укладке, так и в процессе эксплуатации. При необходимости проект должен содержать описание способов заполнения стыковочных швов.

Основные принципы выбора теплоизоляционных материалов при высоких температурах эксплуатации

Е.Н. Дёмин (ООО «СпецОгнеупорКомплект», г. Екатеринбург)

Апрель 2010 года

Для сохранения тепловой энергии в рабочем пространстве тепловых высокотемпературных агрегатов и предотвращения ее перетекания в окружающую среду, необходимы специальные материалы, которые называются высокотемпературными теплоизоляционными материалами. Потери тепловой энергии в ходе высокотемпературных процессов, зачастую превышают ее теоретическую потребность в несколько раз.

За рубежом, в частности в Германии и Франции, для высокотемпературной теплоизоляции основное развитие получили микропористые материалы на основе алюминатов и силикатов кальция, изготовленные гидротермальным способом [1]. Наряду с наилучшими на сегодняшний день теплоизолирующими свойствами, эти изделия имеют существенный недостаток — повышенную гидратацию на воздухе. Кроме этого, технология получения данных материалов достаточно сложна и энергоемка.

Для решения проблемы по обеспечению потребителей жесткими теплоизоляционными материалами, работающими при температурах выше 1000°С, российскими производителями был сделан выбор в пользу картона и плит из керамического волокна, изготовленного по двум различным технологиям. Состав, применяемых для этих целей керамических волокон, близок к муллитовому. Так называемая «сухая технология» изготовления жестких изделий из керамических волокон применяется на Сухоложском огнеупорном заводе, а все остальные предприятия изготавливают плиты и картон по «мокрой технологии». Разница между материалами, изготовленными по этим двум технологиям, не так существенна и каждый из отмеченных способов имеет свои плюсы и минусы.

Известно, что материалы на основе муллита обладают наименьшей собственной теплопроводностью по сравнению с другими огнеупорными соединениями (рис. 1).

Высокотемпературные теплоизоляционные материалы представляют собой, как правило, гетерогенную многофазную поликристаллическую высокопористую огнеупорную керамику. Доля пор по объему превышает 50%, а во многих случаях находится в пределах 70-90%. Теплоизолирующий эффект зависит не только от объема пор, но и от их структуры и от распределения по крупности.

В процессе теплопередачи поток тепла идет всегда от более нагретых поверхностей к менее нагретым. Количество переданного тепла пропорционально разности температур (tl — t2), поверхности F, которой или от которой передается тепло, и времени j, в течение которого совершается теплопередача:

Q = K(tl — t2)Ft

Где К — коэффициент теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи зависит от многих факторов и главным образом от вида или способа теплопередачи. Тепло может передаваться тремя способами — посредством теплопроводности, излучением и конвекцией.

В гетерогенных пористых теплоизоляционных материалах процессы передачи тепла протекают как в твердой, так и в газовой фазах.

Теплопроводность в газах происходит в результате процессов соударения молекул между собой. Большинство технических газов имеют примерно одинаковую теплопроводность, которая значительно меньше, чем у твердых веществ. При этом теплопроводность газов повышается с ростом температуры.

У многих высокотемпературных теплоизоляционных материалов газы находятся в порах сравнительно небольшого объема. При этом характерно, что теплопроводность газов скачкообразно снижается, если размер пор становится меньше длины свободного пробега газовых молекул (при комнатной температуре это около 50 нм, а при 1200° С — около 400 нм) [2]. На рисунке 2 виден этот важный эффект, который позволяет понять особую роль микропор в теплофизических процессах.

В твердом теле от места нагрева через кристаллическую решетку проходит волновой фронт, состоящий из множества отдельных движений. Это связано с тем, что трехмерно соединенные модули решетки колеблются в соответствии с их долей энергии, т.е. с их температурой, относительно своих мест в решетке. Квантом энергии, соответствующим теплопроводности является фонон.

Фононная проводимость является преобладающим механизмом передачи тепла в беспористых керамических материалах, из которых состоит твердый каркас высокотемпературных теплоизоляционных материалов. Перенос фононов и соответственно теплопроводность зависят от структуры твердых веществ.

Теплопроводность вещества одинакового химического состава, но находящегося в кристаллическом или аморфном состоянии различна — у кристаллического вещества теплопроводность выше, чем у аморфного.

Теплопроводность снижается при каждом нарушении систематичности кристаллической решетки, например, при более низком порядке симметрии кристаллической решетки, при дефектах строения решетки, в местах внедрения посторонних ионов, на группах молекул в кристаллической решетке, на границах зерен, в аморфных участках, в микротрещинах и порах. Теплопроводность по мере перехода от монокристалла к поликристаллу, к многофазному твердому веществу и далее к пористому твердому веществу снижается на один-два порядка [3].

Всякое тело, нагретое до температуры отличной от абсолютного нуля, посылает в пространство тепловые лучи, представляющие собой электромагнитные колебания, которые отличаются от световых только длиной волны.

Тепловые лучи имеют длину волны от 0,76 до 40 мкм. Законы, установленные для видимых световых потоков лучистой энергии, справедливы и для тепловых.

При повышенных температурах, внутренняя теплопередача излучением играет в высокотемпературных теплоизоляционных материалах решающую роль. Для передачи тепла внутри пор справедливо следующее уравнение:

Qg = 4ydoT3,

где у — коэффициент формы, d — диаметр пор.

Данное уравнение показывает существенное влияние формы и размера пор на внутреннюю теплопередачу излучением.

Передача тепла конвекцией, как одна из составляющих внутреннего переноса тепла в высокотемпературных теплоизоляционных материалах обычно исключается, так как разность температур в порах обычно слишком мала для возникновения течения. В указанных материалах, внутренняя передача тепла происходит теплопроводностью и теплоизлучением, которая может быть охарактеризована суммарной эффективной теплопроводностью — gэфф.

Особый интерес представляет зависимость эффективной теплопроводности от величины пористости. Эта зависимость имеет некоторый минимум эффективной теплопроводности. С повышением температуры этот минимум сдвигается в сторону меньших значений пористости, что позволяет сделать следующий практический вывод. Для теплоизоляционных материалов для конкретной температуры эксплуатации имеется некоторая оптимальная пористость и кажущаяся плотность, при которой достигается наибольший эффект подавления передачи тепла. Эта оптимальная пористость снижается с 98% при комнатной температуре до 80% при температуре 1000°С [4,5].

Для оценки высокотемпературных теплоизоляционных материалов решающее значение имеет зависимость их эффективной теплопроводности от температуры. Общую зависимость можно выразить следующей формулой:

gэфф = А*1/Т+В*П Т+С Т3

Первое слагаемое описывает теплопроводность беспористой кристаллической фазы, причем величина А зависит от материала. Второе слагаемое выражает теплопроводность в газонаполненных порах и в беспористой некристаллической фазе. Коэффициент В тоже зависит от природы материала. Третье слагаемое характеризует долю передачи тепла излучением, которая при высоких температурах в порах весьма существенна. Коэффициент С описывается следующей формулой:

C~dae

Где d — диаметр пор, с — константа излучения, e — степень черноты [1,5]

Отсюда можно сделать вывод, что доля теплопередачи излучением при одинаковой температуре для пор меньшего диаметра будет наименьшей. При одной и той же исходной пористости теплоизоляционный материал с меньшей средней пористостью будет показывать меньшее повышение эффективной теплопроводности с повышением температуры.

Это подчеркивает большое значение частотного распределения пор по крупности в высокотемпературных теплоизоляционных материалах и дает ориентировку на применение пор наименьших размеров.

С целью определения эффективности теплоизоляционных материалов используемых при высоких температурах нами были проведены исследования теплоизоляционных изделий выпускаемых российскими производителями, которые пользуются повышенным спросом у потребителей, а также образцы материалов микропористой структуры, полученных гидротермальным способом на основе силиката кальция. Для испытаний были взяты три вида алюмосиликатной теплоизоляции, примерно с одинаковой кажущейся плотностью и примерно одного химического и минералогического состава:

— ультралегковес марки ШЛ-0,5 с у — 0,48 г/см3

— картон марки МКРКЛ-450 с у — 0,45 г/см3

— плита из керамического волокна с у — 0,49 г/см3

в качестве микропористого материала был исследован – синтетический силикат кальция с плотностью 0, 26 г/см3

Для комплексной материаловедческой характеристики материалов были выполнены определения минерального состава петрографическим и рентгенофазовым методами, истинной и кажущейся плотности, теплопроводности при 600, 1000 и 1200°С, размеры макро- и микропор и открытой пористости. Распределение пор по размерам (рис. 3) выполнено микроскопическим методом на образцах, в которых поры были предварительно пропитаны упрочняющим импрегнатом. (Исследования проведены доктором геолого-минералогических наук, профессором В.А. Перепелицыным).

Рис.3 Распределение пор по диаметру

Таблица 1. Характеристика теплоизоляционных материалов

Показатель 
Ультралегковес 

ШЛ-0,5
Картон   

МКРКЛ-450
Плита 

керамово-
локнистая
Силикат 

кальция
Кажущаяся плотность, г/см3  0,48 0,45  0,49 0,24
Температура применения в службе, °С  1300 1150 1400  1250
Коэффициент теплопроводности, Вт/мК: 
При комнатной температуре 0,18  0,07 0,13 0.08
При 300°С 0,22 0,09 0,13  0,09
600°С  0,26 0,14 0,14  0,10
1000°С 0,29 0,21 0,16  0,14
1200°С 0,36 0,29 0,24 0,18

На основании полученных результатов, при температурах выше 600°С, то есть при температурах, когда начинается свечение материала в оптическом диапазоне, очевидно преимущество теплоизоляционных материалов имеющих поры размером менее 10 мкм.

Следует заметить, что при равных показателях по механическим свойствам, образцы из синтетического силиката кальция почти в два раза легче своих испытуемых аналогов.

Преобладание в керамоволокнистых изделиях более тонкого волокна, соответственно влечет за собой увеличение удельной поверхности и повышение дефектности кристаллической решетки. За счет рекристаллизации, при температуре выше 900°С, происходит разрушение стекловолокна с образованием микротрещин и микропор. В случае сохранения волокна в таком состоянии, без значительного увеличения дополнительной усадки, возможно применение таких изделий и при более высокой температуре.

Умение создавать необходимую структуру в теплоизоляционных материалах и управлять ею, позволяет эффективно использовать каждый вид теплоизоляции в определенных условиях. Бесспорно, что при температурах до 400оС наиболее эффективными окажутся те материалы, которые имеют наименьшую кажущуюся плотность. А в случае преобладания передачи тепла излучением, то есть при температурах выше 600оС, наилучшими теплоизоляционными свойствами будут обладать материалы с максимальным содержанием пор менее 10 мкм. Таким образом, самыми эффективными окажутся комбинированные материалы, в которых будет правильно подобрана структура по всему объему материала.

Керамическое волокно и изделия на его основе оптимально сочетают в себе низкую массу, незначительную аккумуляцию тепла, высокие теплоизоляционные свойства и самое главное – абсолютную термостойкость.

Микропористые материалы на основе алюминатов и силикатов кальция, изготовленные гидротермальным способом, кроме вышеперечисленных качеств имеют одно важное преимущество перед керамоволокнистыми материалами – это экологичность. Считаю, что те потребители, которые сталкивались с проблемами, возникающими при монтаже керамоволокнистых материалов, иногда отказываются от их применения только по этой причине.

Учитывая высокий спрос на изделия из легких микропористых материалов, нашими специалистами разработана технология изготовления данных изделий гидротермальным способом полностью из отечественных компонентов; получены и испытаны промышленные образцы и, в настоящее время, идут работы по освоению производства микропористого силиката кальция в промышленных объемах.

Библиографический список:

1. Стрелов К.К.; Кащеев И.Д. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. Издание 2-е — М.: Металлургия, 1996-607с.

2. Охотин А.С., Боровикова Р.П. и др. Теплопроводность твердых тел: Справочник (Под ред. Охотина А.С. — М.:Энергоатомиздат, 1984-320с.)

3. Займан Дж. Электроны и фононы. Теория является переноса в твердых телах — М.- Л., 1962-418с.

4. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. — М.: Мир, 1974 — 486с.

5. Гладков С.О. Физика пористых структур — М.: Наука, 1997 — 175с.

6. Демин Е.Н.; Андреев В.П. Эффективность теплоизоляционных материалов при высоких температурах. — «Новые огнеупоры», № 6 2004

Свойства теплоизоляционных материалов — Теплоизоляционные и огнеупорные материалы

Автор Admin На чтение 7 мин. Просмотров 70 Опубликовано

Объемная масса теплоизоляционных материалов имеет непосредственную связь с их пористостью, выражающуюся соотношением, %L..,~

где Пи — общая пористость материала, %; ?и— плотность материала ? абсолютно плотном состоянии, г/см3; ?к — объемная масса материала, г/см3.

Так как плотность материала ?и не зависит от его структуры и является величиной постоянной, характеризующей плотность упаковки кристаллической решетки вещества, то Пи=f(?к). Поэтому приближенной характеристикой качества теплоизоляционных материалов обычно служит их объемная масса. Чем меньше объемная масса, тем выше пористость и как следствие этого выше качество теплоизоляционных материалов. Максимальное значение объемной массы для теплоизоляционных материалов установлено ГОСТ 17177—71 и равно 600 кг/м3. Самые легкие современные теплоизоляционные материалы — газонаполненные пластмассы — имеют объемную массу, равную 10— 15 кг/м3.

Высокая пористость теплоизоляционных материалов обусловливает их меньшую прочность по сравнению с другими строительными материалами: чем выше пористость, тем ниже прочность.

Прочность теплоизоляционных материалов характеризуется показателями пределов прочности: при сжатии Rсж, изгибе Rизг и растяжении Rраст. Обычно при определении прочности теплоизоляционных материалов ячеистого строения ограничиваются одним показателем прочности—значением Rсж, при определении прочности изделий волокнистого строения — значением Rизг или Rраст.

Небольшая прочность теплоизоляционных материалов не позволяет использовать их в качестве несущих строительных конструкций. Для этой цели могут быть использованы только некоторые материалы, имеющие прочность 50 кгс/см2 (5 МПа) и выше. Такие материалы называют теплоизоляционно-конструкционными.

Теплопроводность, характеризует способность материала проводить тепло и является главным показателем качества теплоизоляционных материалов. Чем меньше теплопроводность материала ?, тем выше его теплоизоляционные свойства (методика определения теплопроводности приведена в гл. I).

Высокопористые материалы можно рассматривать как двухфазные системы, состоящие из твердого вещества, образующего межпоровые перегородки, или каркас материала, и воздуха, заполняющего поры.

Наименьшей теплопроводностью обладают газы в «спокойном», т. е. неподвижном, состоянии. Теплопроводность воздуха в неподвижном состоянии очень мала, при 20°С она равна 0,026 Вт/(м-К). Находящийся а мелких порах материала воздух может считаться «спокойным». Теплопроводность материалов, содержащих большое количество воздушных пор, незначительна. Доля тепла, передаваемого твердой фазой (каркасом) высокопористого материала, составляет 10—20% общей теплопроводности. Поэтому пористость материала является главным фактором, определяющим его теплопроводность.

На теплопроводность материала влияют также размер пор, характер распределения их по объему материала и форма.

Мелкопористые материалы хуже проводят тепло, чем крупнопористые. Это объясняется уменьшением передачи тепла конвекцией и излучением в общем процессе передачи тепла в пористом материале. Материалы, в которых преобладают замкнутые поры, при прочих равных условиях хуже проводят тепло, чем материалы с открытыми сообщающимися порами.

Помимо структурных факторов, на теплопроводность материалов в значительной степени влияют его температура, влажность и объемная масса. Теплопроводность материалов резко возрастает при увлажнении. Это объясняется тем, что теплопроводность воздуха и воды сильно отличается друг от друга. Так, ? воды равна 0,58 Вт/(м-К), т. е. примерно в 20 раз больше, чем воздуха. Еще больше разница между теплопроводностью воздуха и льда. Теплопроводность льда равна 2,33 Вт/(м-К), т. е. примерно в 80 раз больше, чем воздуха. Из сказанного следует, что для обеспечения эффективности работы теплозащитных материалов и конструкций их следует всемерно предохранять от увлажнения.

С повышением температуры теплопроводность большинства материалов возрастает и в редких случаях уменьшается, как, например, у магнезитовых и корундовых огнеупоров.

Зависимость теплопроводности высокопористого материала от ряда факторов в наиболее универсальном виде выражают уравнением Леба:

где ?? — теплопроводность материала; ?, — теплопроводность твердой фазы материала; Pс—количество пор, находящихся в сечении, перпендикулярном потоку тепла; PL—количество пор, находящихся в сечении, параллельном потоку тепла; ? — радиальная постоянная; ? — излучаемость; ? — геометрический фактор, влияющий на излучение внутри пор; Tт — средняя абсолютная температура; d — средний диаметр пор.

Увлажнение теплоизоляционных материалов ухудшает их свойства.

Влажность характеризует степень увлажнения материала. Содержание влаги в материалах выражают в процентах по массе или по объему. Для того чтобы перейти от значения одной влажности к другой, пользуются соотношениями:

где Wоб-объемная влажность материала, %; Wm — влажность но массе, %; ?к — объемная масса материала, кг/м.

Различают абсолютную и относительную влажность материала по массе.

Абсолютная влажность Wa — отношение массы влаги, содержащейся в материале, к его массе в абсолютно сухом состоянии.

Относительная влажность W?? — отношение массы влаги, содержащейся в материале, к массе его во влажном состоянии.

Для пересчета относительной влажности в абсолютную и обратно используют следующие формулы:

Для теплоизоляционных материалов, объемная масса которых может колебаться в очень широких пределах, объемная влажность Wo6 дает более правильное представление о степени увлажненности материала, так как представляет собой отношение массы воды, заключено и в порах материала, к постоянной величине — единице объема этого материала.

Одной из основных характеристик теплоизоляционных материалов является водопоглощение.

Водопоглощение — степень заполнения объема материала водой. Водопоглощение, как и влажность, выражают в процентах по массе или по объему. Большое водопоглощение не является отрицательной характеристикой теплоизоляционных материалов, так как изделия, используемые для тепловой изоляции различных тепловых установок, как правило, не подвергаются непосредственному воздействию влаги. Но для материалов, которые могут увлажняться в условиях эксплуатации, например конструкции наружных стен зданий, большое водопоглощение сильно влияет на их прочностные и теплозащитные свойства.

Водостойкость — способность материала сохранять свою прочность при увлажнении. Водостойкость строительных материалов оценивают коэффициентом размягчения kp, представляющим собой отношение прочности ма — риала в насыщенном водой состоянии к прочности того же материала, но в сухом состоянии:

Материалы считаются водостойкими, если kp>0,75.

Биостойкость материала характеризует способность его сопротивляться разрушающему действию микроорганизмов, грибков и некоторых видов насекомых: муравьев, термитов и др. Биостойкость строительных материалов может быть повышена путем обработки их антисептиками.

Морозостойкость — способность насыщенного водой материала выдерживать неоднократное замораживание и оттаивание без значительного снижения прочности. Требование высокой морозостойкости, предъявляемое к. теплоизоляционным материалам, которые используют для тепловой изоляции наружных стен зданий и холодильников, является одним из важнейших. Потеря прочности материала и нередко полное его разрушение при замораживании в насыщенном водой состоянии объясняется тем, что вода, замерзая в порах материала и увеличиваясь в объеме примерно на 9%, создает в нем растягивающие напряжения.

Пористое строение теплоизоляционных материалов и наличие в них сообщающихся пор создают благоприятные условия для насыщения таких материалов водой и вместе с тем способствуют повышению их морозостойкости. Все поры в материале не могут быть заполнены водой из-за защемленного в них воздуха. Та часть пор, которая занята защемленным воздухом, называется резервной пористостью. В материалах с резервной пористостью расширение воды при замерзании не вызывает разрушающих напряжений. При расширении воды в момент ее замерзания резервные поры играют роль своеобразных амортизаторов.

Температуростойкость — способность материала сохранять свои свойства при нагревании до определенной температуры. Это понятие применимо как к теплоизоляционным материалам органического, так и неорганического происхождения. Температуростойкость теплоизоляционных материалов, так же как и огнеупоров, характеризуется обычно предельной температурой применения.

Возгораемость — свойство, присущее лишь органическим материалам. По степени возгораемости все строительные материалы делятся на несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

(К несгораемым относятся все неорганические материалы, к сгораемым— все органические, а к трудносгораемым— неорганические на различных органических связках или с органическим наполнителем и частично органические, обработанные антипиренами — особыми веществами, снижающими горючесть материала.

Многие теплоизоляционные материалы благодаря особенности строения обладают способностью поглощать звук. Такие материалы применяют для акустической отделки различных общественных и промышленных зданий.

По акустическим свойствам материалы делятся на звукопоглощающие и звукоизоляционные.

Механизм поглощения звука пористыми телами заключается в следующем. Звуковые волны, падая на поверхность пористого тела, проникают в его поры, возбуждая в них колебания воздуха. Благодаря вязкому трению воздуха при его колебаниях в порах материала часть энергии колебаний преобразуется в тепловую энергию, что и является причиной поглощения звука материалом. Способность материала поглощать звук оценивается коэффициентом звукопоглощения — отношением доли звуковой энергии, поглощаемой материалом, ко всей звуковой энергии, падающей на поверхность этого материала. Коэффициент звукопоглощения выражают в долях единицы. Материалы, коэффициент звукопоглощения которых не менее 0,4 при частоте 1000 Гц, считаются звукопоглощающими и могут применяться для акустической отделки с целью снижения Уровня шума в помещении.

Назначение звукоизоляционных материалов—не допустить распространение звуковой волны по конструкциям зданий. Такие материалы применяют в виде звукоизоляционных прокладок (например, при устройстве «плавающих» полов). Эффективность применения звукоизоляционных материалов в большой степени зависит от способа укладки их и сочетания с другими строительными материалами в ограждающих конструкциях зданий.

Теплопроводность изоляционных материалов

Строительство любого дома не обходится без использования теплоизоляционных материалов

При их выборе необходимо, в первую очередь, оценивать энергоэффективность, которая означает способность материала значительно уменьшить потерю тепла из помещения. Для этого он должен иметь низкую теплопроводность и хорошо аккумулировать тепло. Использование теплоизоляционных материалов позволяет уменьшить количество потребляемых строительных материалов, сократить расход энергии на обогрев помещений и добиться в них комфортной обстановки.

Все изоляционные материалы для стен можно разделить на несколько категорий.

Прежде всего, это минераловата и стекловата, которая выпускается в виде плит и матов. Данный материал обладает высокими тепоизоляционными свойствами. Кроме того, он доступен по цене, морозостойкий, может эксплуатироваться в течение длительного срока. Но при попадании в конструкцию из этих материалов водяных паров их возможность сохранять тепло значительно снижается, поэтому при их применении нужно устраивать пароизляцию стен дома и приточно-вытяжную вентиляцию.

Ко второй категории относятся пенопласты, которые представлены пенополистиролом, пенополиуретаном, пеноизолом. Эти материалы имеют высокую прочность, несгораемость, морозостойкость, практически неограниченный срок эксплуатации и при этом низкую теплопроводность и высокие теплоизолирующие свойства.

Если в качестве теплоизоляционных материалов используются растительные, древесные волокна или волокна животного происхождения, то в таком случае не требуется дополнительное устройство пароизоляции и вентиляции, поскольку стены и так будут «дышать» и выводить излишки влаги наружу, при этом теплопроводность не будет ухудшаться даже при высокой влажности. 

Для теплоизоляции могут применяться как теплоизоляционные плиты и маты, так и древесная и целлюлозная вата, с помощью которой заполняются все щели и устраняется утечка тепла.

Еще одной группой теплоизоляционных плит являются вспученные природные материалы, к которым относятся пенокерамика, пеностекло, вермикулит.

Пеностекло нередко используют в качестве теплоизоляционного материала для крыш и подвалов в районах с частыми дождями и наводнениями. Это объясняется тем, что этот материал хорошо выдерживает высокую влажность и не теряет своих теплоизоляционных свойств в любых условиях.

Технические свойства теплоизоляционных материалов » Строительный вестник ❘ The Construction bulletin


Пористость. При 20 °C, воздух в неподвижном состоянии имеет низкий коэффициент теплопроводности — 0,028 Вт/м°С и высокое термическое сопротивление материалов (сопротивление теплообмену) можно обеспечить повышением пористости. Движение воздуха ускоряет теплообмен, поэтому поры должны быть мелкими (от долей миллиметра до 3-5 мм) и замкнутыми.
Средняя плотность. Связана с пористостью, поэтому марку определяют по средней плотности. Однако теплопроводность зависит и от структуры пор, и два материала с одинаковой средней плотностью (одинаковой марки по плотности) могут иметь разную теплопроводность.
Марка теплоизоляционных материалов устанавливается по средней плотности в кг/м3. По этому показателю теплоизоляционные материалы подразделяют на марки 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500 и 600.
Прочность. Характеризуют пределами прочности при сжатии, растяжении и изгибе. Прочность должна быть достаточной для того, чтобы выдерживать транспортные и монтажные нагрузки.
Прочность теплоизоляционных материалов определяется по нагрузке, вызывающей деформацию, равную 10 %. Предел прочности при сжатии изменяется в пределах 0,2-2,5 МПа, при изгибе — 0,15-2,0 МПа.
Теплопроводность — один из видов переноса тепла (теплообмена) от более нагретых частей тела к менее нагретым, обусловлена изменением амплитуды колебаний атомов в структуре твердого тела. Теплообмен может быть обусловлен движением воздуха в порах материала (конвективный теплообмен), а также изменением квантов энергии при переходе электронов на орбиту с более низким энергетическим уровнем (теплообмен путем излучения). В металлах в теплообмене участвуют электроны проводимости.

Теплопроводность определяется для трех условий — сухой материал, зона А (сухой климат), зона Б (влажный климат).
При увлажнении теплопроводность пористого материала повышается, так как теплопроводность воды 0,58 Вт/м°С, что приблизительно в 25 раз выше теплопроводности воздуха. При замерзании воды в порах теплопроводность увеличивается приблизительно в 4 раза, так как λльда = 2,32 Вт/м-°С. Классификация теплоизоляционных материалов по теплопроводности приведена в табл. 11.2.
Сорбционная влажность. Это равновесная влажность при определенных условиях эксплуатации. Сорбционная влажность зависит от температуры и влажности воздуха: с повышением сорбционной влажности увеличивается теплопроводность.
Паропроницаемость. Означает способность материала осуществлять перенос водяного пара. Интенсивность диффузии водяного пара зависит от сопротивления паропроницаемости (кг/м2-ч-Па). Влагоперенос может привести к конденсации водяного пара и понизить термическое сопротивление материала, поэтому паропроницаемость слоев многослойной ограждающей конструкции должна расти в направлении массопереноса — от теплой стороны к холодной.
Воздухопроницаемость. Термическое сопротивление конструкции тем выше, чем ниже воздухопроницаемость, поэтому материалы с сообщающимися порами, в частности с волокнистым каркасом, нуждаются в ветрозащите.
Температуростойкость. Характеризуется предельной температурой применения, при которой можно эксплуатировать без сущетвенного изменения свойств. Минеальную вату можно применять для теплоизоляции промышленных агрегатов с максимальной температурой на поверхности до 600 °С.

Сравнение теплоизоляции стеновых материалов. Плюсы и минусы

Сравнить теплоизоляцию стеновых материалов можно исходя из нескольких основополагающих характеристик.

Основные характеристики теплоизоляционных материалов

Теплопроводность. Чем ниже теплопроводность, тем меньше требуется утеплительный слой, а значит, и ваши расходы на утепление сократятся.

Влагопроницаемость. Меньшая влагопроницаемость снижает негативное воздействие влаги на утеплитель при последующей эксплуатации.

Пожаробезопасность. Материал не должен поддерживать горение и выделять ядовитые пары, а иметь свойство к самозатуханию.

Экономичность. Утеплитель должен быть доступным по стоимости для широкого слоя потребителей.

Долговечность. Чем больше срок использования утеплителя, тем он дешевле обходится потребителю при эксплуатации и не требует частой замены или ремонта.

Экологичность. Материал для теплоизоляции должен быть экологически чистым, безопасным для здоровья человека и окружающей природы. Эта характеристика важна для жилых помещений.

Толщина материала. Чем тоньше утеплитель, тем меньше будет «съедаться» жилое пространство помещения.

Вес материала. Меньший вес утеплителя даст меньшее утяжеление утепляемой конструкции после монтажа.

Звукоизоляция. Чем выше звукоизоляция, тем лучше защита жилых помещений от шума со стороны улицы.

Простота монтажа. Момент достаточно важен для любителей делать ремонт в доме своими руками.

Сравнение характеристик популярных утеплителей

Пенопласт (пенополистирол)

Этот утеплитель самый популярный, благодаря легкости монтажу и небольшой стоимости.

Пенопласт изготавливается при помощи вспенивания полистирола, имеет очень низкую теплопроводность, устойчив к влажности, легко режется ножом и удобен во время монтажа. Благодаря низкой стоимости имеет большую востребованность для утепления различных помещений. Однако материал достаточно хрупкий, а также поддерживает горение, выделяя токсичные вещества в атмосферу. Пенопласт предпочтительнее использовать в нежилых помещениях.

Пеноплэкс (экструдированный пенополистирол)

Утеплитель не подвергается гниению и воздействию влаги, очень прочный и удобный в использовании – легко режется ножом. Низкое водопоглощение обеспечивает незначительные изменения теплопроводности материала в условиях высокой влажности, плиты имеют высокую сопротивляемость сжатию, не подвергаются разложению. Благодаря этому экструдированный пенополистирол можно использовать для утепления ленточного фундамента и отмостки. Пеноплекс пожаробезопасен, долговечен и прост в применении.

Базальтовая вата

Материал производится из базальтовых горных пород при расплавлении и раздуве с добавлением компонентов для получения волокнистой структуры материала с водоотталкивающими свойствами. При эксплуатации базальтовая вата не уплотняется, а значит, ее свойства не изменяются со временем. Материал пожаробезопасен и экологичен, имеет хорошие показатели звукоизоляции и теплоизоляции. Используется для внутреннего и наружного утепления. Во влажных помещениях требует дополнительной пароизоляции.

Минеральная вата

Минвата производится из природных материалов – горных пород, шлака, доломита с помощью специальной технологии. Минеральная имеет низкую теплопроводность, пожаробезопасна и абсолютно безопасна. Одним из недостатков утеплителя является низкая влагостойкость, что требует обустройства дополнительной влаго- пароизоляции при его использовании. Материал не рекомендуется использовать для утепления подвалов домов и фундаментов, а также во влажных помещениях — парилках, банях, предбанниках.

Пенофол, изолон (фольгированный теплоизолятор из полиэтилена)

Утеплитель состоит из нескольких слоев вспененного полиэтилена, имеющих различную толщину и пористую структуру. Материал часто имеет слой фольги для отражающего эффекта, выпускается в рулонах и в листах. Утеплитель имеет толщину в несколько миллиметров (в 10 раз тоньше обычных утеплителей), но отражает до 97% тепловой энергии, очень легкий, тонкий и удобный в работе материал. Используются для теплоизоляции и гидроизоляции помещений. Имеет длительный срок эксплуатации, не выделяет вредных веществ.

Первая из них – коэффициент теплопроводности, который обозначается символом «лямбда» (ι). Этот коэффициент показывает, какой объем теплоты за 1 час проходит через отрезок материала толщиной 1 метр и площадью 1 м² при условии, что разница между температурами среды на обеих поверхностях составляет 10°С.

[box type=»info» align=»» class=»» width=»»]Показатели коэффициента теплопроводности любых утеплителей зависят от множества факторов – от влажности, паропроницаемости, теплоемкости, пористости и других характеристик материала.[/box]

 

Чувствительность к влаге

Влажность – это объем влаги, которая содержится в теплоизоляции. Вода отлично проводит тепло, и насыщенная ею поверхность будет способствовать выхолаживанию помещения. Следовательно, переувлажненный теплоизоляционный материал потеряет свои качества и не даст желаемого эффекта. И наоборот: чем большими водоотталкивающими свойствами он обладает, тем лучше.

Паропроницаемость – параметр, близкий к влажности. В числовом выражении он представляет собой объем водяного пара, проходящий через 1 м2 утеплителя за 1 час при соблюдении условия, что разность потенциального давления пара составляет 1Па, а температура среды одинакова.

При высокой паропроницаемости материал может увлажняться. В связи с этим при утеплении стен и перекрытий дома рекомендуется выполнить монтаж пароизоляционного покрытия.

Водопоглощение – способность изделия при соприкосновении с жидкостью впитывать ее. Коэффициент водопоглощения очень важен для материалов, которые используются для обустройства наружной теплоизоляции. Повышенная влажность воздуха, атмосферные осадки и роса могут привести к ухудшению характеристик материала.

Также не рекомендуется применять водопоглощающую изоляцию при отделке ванных комнат, санузлов, кухонь и других помещений с высоким уровнем влажности.

Плотность и теплоемкость

Пористость – выраженное в процентах количество воздушных пор от общего объема изделия. Различают поры закрытые и открытые, крупные и мелкие. Важно, чтобы в структуре материала они были распределены равномерно: это свидетельствует о качестве продукции. Пористость иногда может достигать 50%, в случае с некоторыми видами ячеистых пластмасс этот показатель составляет 90-98%.

Плотность – это одна из характеристик, влияющих на массу материала. Специальная таблица поможет определить оба этих параметра. Зная плотность, можно рассчитать, насколько увеличится нагрузка на стены дома или его перекрытия.

Теплоемкость – показатель, демонстрирующий, какое количество тепла готова аккумулировать теплоизоляция. Биостойкость – способность материала сопротивляться воздействию биологических факторов, например, патогенной флоры. Огнестойкость – противодействие изоляции огню, при этом данный параметр не стоит путать с пожаробезопасностью. Различают и другие характеристики, к которым относятся прочность, выносливость на изгиб, морозостойкость, износоустойчивость.

Коэффициент сопротивления

Также при выполнении расчетов нужно знать коэффициент U – сопротивление конструкций теплопередаче. Этот показатель не имеет никакого отношения к качествам самих материалов, но его нужно знать, чтобы сделать правильный выбор среди разнообразных утеплителей. Коэффициент U представляет собой отношение разности температур с двух сторон изоляции к объему проходящего через нее теплового потока. Чтобы найти теплосопротивление стен и перекрытий, нужна таблица, где рассчитана теплопроводность строительных материалов.

 

Произвести необходимые вычисления можно и самостоятельно. Для этого толщину слоя материала делят на коэффициент его теплопроводности. Последний параметр — если речь идет об изоляции — должен быть указан на упаковке материала. В случае с элементами конструкции дома все немного сложнее: хотя их толщину можно измерить самостоятельно, коэффициент теплопроводности бетона, дерева или кирпича придется искать в специализированных пособиях.

При этом часто для изоляции стен, потолка и пола в одном помещении используются материалы разного типа, поскольку для каждой плоскости коэффициент теплопроводности нужно рассчитывать отдельно.

Теплопроводность основных видов утеплителей

Исходя из коэффициента U, можно выбрать, какой из видов теплоизоляции лучше использовать, и какую толщину должен иметь слой материала. Расположенная ниже таблица содержит сведения о плотности, паропроницаемости и теплопроводности популярных утеплителей:

 

Преимущества и недостатки различной теплоизоляции

При выборе теплоизоляции нужно учитывать не только ее физические свойства, но и такие параметры, как легкость монтажа, потребность в дополнительном обслуживании, долговечность и стоимость.

Сравнение самых современных вариантов

Как показывает практика, проще всего осуществлять монтаж пенополиуретана и пеноизола, которые наносятся на обрабатываемую поверхность в форме пены. Эти материалы пластичны, они с легкостью заполняют полости внутри стен постройки. Недостатком вспениваемых веществ является потребность в использовании специального оборудования для их распыления.

 

Как показывает приведенная выше таблица, достойную конкуренцию пенополиуретану составляет экструдированный пенополистирол. Этот материал поставляются в виде твердых блоков, но с помощью обычного столярного ножа ему можно придать любую форму. Сравнивая характеристики пенных и твердых полимеров, стоит отметить, что пена не образует швов, и это является ее главным преимуществом по сравнению с блоками.

Сравнение ватных материалов

Минеральная вата по свойствам похожа на пенопласты и пенополистирол, однако при этом «дышит» и не горит. Также она обладает лучшей устойчивостью при воздействии влаги и практически не меняет свои качества в процессе эксплуатации. Если стоит выбор между твердыми полимерами и минеральной ватой, лучше отдать предпочтение последней.

У каменной ваты сравнительные характеристики те же, что и у минеральной, но стоимость выше. Эковата имеет приемлемую цену и легко монтируется, но отличается низкой прочностью на сжатие и со временем проседает. Стекловолокно также проседает и, кроме того, осыпается.

Сыпучие и органические материалы

Для теплоизоляции дома иногда применяются сыпучие материалы – перлит и гранулы из бумаги. Они отталкивают воду и устойчивы к воздействию патогенных факторов. Перлит экологичен, он не горит и не оседает. Тем не менее, сыпучие материалы редко применяются для утепления стен, лучше с их помощью обустраивать полы и перекрытия.

Из органических материалов необходимо выделить лен, древесное волокно и пробковое покрытие. Они безопасны для окружающей среды, но подвержены горению, если не пропитаны специальными веществами. Кроме того, древесное волокно подвержено воздействию биологических факторов.

 

В целом, если учитывать стоимость, практичность, теплопроводность и долговечность утеплителей, то наилучшие материалы для отделки стен и перекрытий – это пенополиуретан, пеноизол и минеральная вата. Остальные виды изоляции обладают специфическими свойствами, так как разработаны для нестандартных ситуаций, а применять такие утеплители рекомендуется только в том случае, если других вариантов нет.

Теплопроводность теплоизоляционных материалов

Клеменс Дж. М. Ласанс Статьи, керамика, материалы, соединения, клеи, подложки, полупроводники, технические данные испытаний и измерений, теплопроводность, теплоизоляторы

В этом выпуске мы представляем обзор ряда материалы, которые часто используются в качестве теплоизоляторов. Мир был бы намного проще для инженеров-теплотехников, если бы только создатель предоставил нам выбор материалов, показывающих тот же диапазон значений теплопроводности, что и для электропроводности.Увы, это не так. Таким образом, ни один из материалов, с которыми нам приходится жить, не может быть действительно квалифицирован термином «изолятор». Наиболее важная причина, по которой экспериментальная проверка кодов CFD (Computational Fluid Dynamics) является катастрофой (за исключением высоких скоростей), заключается в том, что всегда играет роль сопряженная теплопередача через опору. Рассмотрим, например, компонент на подложке в условиях естественной конвекции. Даже самый лучший изолятор не может предотвратить потери в 10% и более.Следовательно, адиабатические поверхности, так любимые численными аналитиками, не могут быть реализованы на практике.

В прилагаемой таблице также указана плотность, поскольку многие изоляторы частично состоят из воздуха. Следовательно, плотность сильно коррелирует с теплопроводностью. Опять же, все значения в таблице определены при комнатной температуре. Из-за присутствия воздуха температурная зависимость более сложная, чем для пластмасс и каучуков, у которых теплопроводность увеличивается на несколько процентов в диапазоне от 0-100 o С.В этом диапазоне проводимость воздуха увеличивается примерно на 30%. Однако основной тепловой путь обычно по-прежнему покрыт пластиком; следовательно, преобладает температурная зависимость пластика. Обратите внимание на то, что некоторые материалы показывают значение ниже, чем у воздуха. Это может быть реализовано только в том случае, если размер пор, заполненных воздухом, меньше длины свободного пробега молекул воздуха.

 
 
Теплопроводность теплоизоляционных материалов @ 25 o C
Материал Плотность
(кг/м 3 )
Тепловая
проводимость
(Вт/мК)
Воздух 1.3 0,025
Алюминий 2 O 3 Пена 500 0,042
Бальсовое дерево 130 0,05
Силикат кальция 240 0,051
Одеяло из керамического волокна 128 0,032
Пробка 150 0,043
Бумага для фиброфакса 324 0.03
Пеностекло 144 0,035
Микротерм 240 0,021
Полистирол (воздух) 46 0,026
Полистирол (вакуумный) 46 0,0081
Полистирол (пенопласт) 30 0,027
Полиуретан (жесткий) 40 0,032
Полиуретан (гибкий) 60 0.042
Полиуретан (ПИР) 160 0,05
Вспененный каучук 100 0,042
SiO 2 пена 160 0,055
Вермикулит (вспученный) 300 0,069

Полезный инструмент для получения информации такого типа можно найти в Интернете по адресу www.tak2000.com/data2.htm#термо

местных теплоизоляционных материалов для хранения тепловой энергии

  • Г Аюги
  • EJKB Банда
  • FM Д’Уджанга

Аннотация

Теплоизоляция является одним из важнейших компонентов системы хранения тепловой энергии. В этой статье представлены тепловые свойства выбранных потенциальных местных материалов, которые могут быть использованы для высокотемпературной изоляции.Были измерены тепловые свойства семи различных образцов. Образцы состояли из: глины, каолина, золы, банановых волокон, волокон сахарного тростника, опилок и угольной пыли. Измеряемыми тепловыми свойствами были теплопроводность, температуропроводность и удельная теплоемкость. Измеритель теплопроводности Quick (QTM-500) использовали для измерения теплопроводности при комнатной температуре (примерно 25°C). Температуропроводность определяли с использованием метода переходного теплового импульса, а удельную теплоемкость рассчитывали с использованием теплопроводности, температуропроводности и плотности образцов.Также представлено влияние размера частиц и давления уплотнения на теплопроводность выбранных образцов.

Ключевые слова: Теплопроводность, удельная теплоемкость, температуропроводность, теплоизоляция, системы накопления тепловой энергии

Журнал Руанды , Том 23 Серия C, 2011

Биографии авторов

Г Аюги

Факультет физики Университета Макерере, П.O. Box 7062 Кампала, Уганда

EJKB Банда

Факультет физики, Университет Макерере, П.О. Box 7062 Кампала, Уганда

FM Д’Уджанга

Факультет физики, Университет Макерере, П.О. Box 7062 Кампала, Уганда

Авторские права принадлежат журналу

Изоляция Теплопроводность


Материал трубы Теплопроводность  
  Вт/(м·К) ºC
НПВХ 0.15 23
ПП 0,17 23
ПВДФ 0,19 23
ПЭ 100 0,38 23
Полиэтилен 80 0,43 23
Стекло 0,81 20
Углеродистая сталь 57 20
Нержавеющая сталь 14 20
Медь 384 20


Рабочая теплопроводность теплоизоляционного слоя зависит от его практическая теплопроводность и дополнительные значения для тепловых мостов, связанных с изоляцией, например.опорные конструкции и крепления для изоляционных материалов (изоляция сосудов). [ВДИ 2055, С. 36, С. 148 и далее] . Для труб практическая теплопроводность может использоваться в качестве эксплуатационной теплопроводности. Следующие справочные значения взяты из [VDI 2055, S. 154 ff.] .
Изоляционный материал Практическая теплопроводность в Вт/(м·К)
Средняя температура [ºC] -150 -100 -50 0 50 100 200 300
Минеральная вата стеганая, e.грамм. на проволочной сетке кажущаяся плотность >= 80 кг/м³         0,045 0,05 0,075 0,1
Формованные изделия из минеральной ваты (рукава, сегменты)       0,035 0,04 0,05 0,07 0,1
Прочность на сжатие пеностекла > 0.5 Н/мм² 0,02 0,025 0,031 0,04 0,05 0,06 0,085 0,11
Прочность на сжатие пеностекла > 0,7 Н/мм² 0,03 0,035 0,04 0,045 0,055 0,065 0,09 0,12

Влияние на охлаждающую нагрузку

Авторов: М.Хухи

Реферат:

Точное прогнозирование нагрузки по охлаждению/отоплению и, следовательно, определение размеров оборудования для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха требуют точного расчета теплопередачи, в основном за счет теплопередачи через элементы ограждающих конструкций здания. Термическое сопротивление большинства теплоизоляционных материалов зависит от температуры эксплуатации. Температура, которой подвергаются изоляционные материалы, варьируется в зависимости от термического сопротивления материалов, расположения изоляционного слоя в сборочной системе и эффективной температуры, которая зависит от количества солнечного излучения, поступающего на поверхность сборки. .Основной целью данной статьи является исследование изменения теплопроводности изоляционного материала из полистирола в зависимости от температуры в середине толщины материала и его влияния на охлаждающую нагрузку, необходимую зданию.

Ключевые слова: Рабочая Температура, утеплитель пенопласт, теплопроводность, охлаждающая нагрузка.

Цифровой идентификатор объекта (DOI): дои.org/10.5281/zenodo.1124227

Процессия АПА БибТекс Чикаго EndNote Гарвард JSON МДА РИС XML ISO 690 PDF Скачано 1835

Каталожные номера:


[1] М. Хухи и М. Тахат, «Влияние рабочих температур на теплопроводность полистирольного изоляционного материала: влияние на охлаждающую нагрузку, вызванную оболочкой», Applied. Механика и материалы, вып. 564, стр. 315-320, 2014.
[2] М. А. Абдельрахман и А. Ахмад, «Экономичное использование теплоизоляции в жарком климате», Building Envelope, vol.26, стр. 189-194, 1991.
[3] ASHRAE: Справочник по основам. Атланта, Джорджия, гл. 23, 2001.
[4] Б.А. Пиви, «Примечания по теплопередаче о теплопроводности, зависящей от температуры», Теплоизоляция здания, том. 20, стр. 79-90, 1996.
[5] М. Хухи, Н. Фецциуи, Б. Драуи и Л. Салах «Влияние изменения теплопроводности полистирольного изоляционного материала при различных рабочих температурах на теплопередачу через ограждающие конструкции», Прикладная теплотехника.Принято doi: 10.1016/j.applthermaleng.2016.03.065.
[6] М. Хухи и М. Тахат, «Влияние изменения температуры и плотности на теплопроводность полистирольных изоляционных материалов в Омане», Журнал инженерной физики и теплофизики, вып. 2015. Т. 88, № 4. С. 994–998.
[7] И. Будайви И., Абду А. и М. Аль-Хомуд, «Изменение теплопроводности изоляционных материалов при различных рабочих температурах: влияние на охлаждающую нагрузку, вызванную оболочкой», Journal of Architectural Engineering, 8(4): 125-132, 2002.
[8] Д.Ф. Олдрич и Р. Х. Бонд, «Тепловые характеристики изоляции из жесткого ячеистого пенопласта при отрицательных температурах тепловые характеристики наружных ограждающих конструкций зданий III. Конференция ASHRAE/DOE/BTECC, Флорида, 2–5 декабря, стр. 500, 1985 г.
[9] К.Е. Уилкс и П.В. Чайлд, «Тепловые характеристики изоляции чердака из стекловолокна и целлюлозы. Тепловые характеристики наружных ограждающих конструкций зданий V», Конференция ASHRAE/DOE/BTECC/CIBSE, Клируотер-Бич, Флорида, 7-10 декабря, стр. 357, 1992.
[10] А. Аль-Хаммад, М.А. Абдельрахман, В. Грондзик и А. Хавари, «Сравнение фактических и опубликованных значений k для саудовских изоляционных материалов», Журнал теплоизоляции и строительных оболочек, 17, стр. 378-385, 1994.
[11] Х.А. Аль-Хинаи и М. Аль-Алави, «Типичные данные о солнечном излучении для Омана», Applied Energy, 52, стр. 153:163, 1995.

Теплопроводность различных изоляционных материалов на биологической основе

Антонович А., Ямбрекович В., Франич, Дж., Спанич, Н., Перван, С., Иштванич, Дж., и Бублик, А. (2010). Влияние места отбора проб на содержание и химический состав нативного лигнина бука (Fagus sylvatica L.). Периодикум Биологорум, 112(3), 327-332.

Антонович, А., Барчич, Д., Кляк, Дж., Иштванич, Дж., Подворец, Т., и Станешич, Дж. (2018). Качество обожженной древесины сосны алеппской (Pinus halepensis Mill.). Биомасса для продуктов биопереработки. Хорватский журнал лесотехники, 39(2), 313-324.

Бланше, П., Клотье, А., и Ридл, Б. (2000). ДСП из остатков коры черной ели, измельченных молотком. Наука и технология древесины, 34(1), 11-19.

Кэмерон, Ф. А., и Пицци, А. (1985). Депрессия высвобождения формальдегида, вызванная танином, в карбамидоформальдегидной древесностружечной плите. В: Мейер, Б., Коттес-Эндрюс, Б.А., Рейнхардт, Р.М. (ред.), Выделение формальдегида из изделий из древесины. Серия симпозиумов Американского химического общества, № 316, Вашингтон, округ Колумбия, глава 15, стр. 205.

Чоп, М., Лабори, М.П., ​​Пицци, А., и Шернек, М. (2015). Характеристика отверждения пен на основе танина ели с использованием усовершенствованного изоконверсионного метода. Биоресурсы, 9(3), 4643-4655.

Деппе, Х. Дж., и Хоффман, А. (1972). Эксперименты с ДСП. Утилизируйте отходы коры хвойных пород. Мировой лес 13(7), 8-10.

Дост, Вашингтон (1971). Волокна коры красного дерева в ДСП. Журнал «Лесные товары», 21(10), 38-43.

Гупта, Г., Ян, Н., и Фэн, М.В. (2011). Влияние температуры прессования и размера частиц на свойства коры, изготовленной из коры сосны обыкновенной (Pinus contorta), зараженной жуками. Журнал лесных товаров, 61(6), 478-488.

Каин, Г., Гюттлер, В., Барбу, М. К., Петучнигг, А., Рихтер, К., и Тонди, Г. (2014). Свойства, связанные с плотностью, изоляционных плит из коры, связанных гексаминовой смолой танина. Европейский журнал древесины и изделий из дерева, 72, 417-424.

Леманн, В.Ф. и Геймер Р.Л. (1974). Свойства конструкционных древесностружечных плит из древесных отходов дугласовой пихты. Журнал «Лесные товары», 24(10), 17-25.

Мэлони, Т. М. (1973). Доски из коры четырех пород хвойных пород западного побережья. Журнал лесных товаров, 23(8), 30-38.

Мартин, Р. Э. (1963). Термические свойства коры. Журнал лесных товаров, 13, 419-426.

Медведь С., Гайшек У., Тудор Э. М., Барбу М. С. и Антонович А.(2019). Эффективность коры для снижения эмиссии формальдегида из ДСП. Wood Research, 64(2), 307-316.

Миранда, И., Гоминью, Дж., и Перейра, Х. (2012). Включение верхушек коры в древесную массу Eucalyptus globulus. Биоресурсы, 7(3), 4350-4361.

Мушински, З., и Макнатт, Дж. Д. (1984). Исследования по использованию коры ели в производстве ДСП в Польше. Журнал лесных товаров, 34(1), 28-35.

Немли, Г.и Чолакоглу Г. (2005). Влияние использования коры мимозы на некоторые свойства ДСП. Турецкий журнал сельскохозяйственного лесоводства, 29(3), 227-230.

Пастори, З., Ронец Мохачине, И., Горбачева, Г., и Бёрчёр, З. (2016). Использование коры деревьев. Биоресурсы, 11(3), 7859-7888.

Пицци, А. (2008) Дубильные вещества: основные источники, свойства и применение. В: Мономеры, полимеры и композиты из возобновляемых ресурсов (1-е изд.), Гандини, А., Naceur Belgacem, M., Elsevier, Oxford, стр. 179-199.

Place, TA, & Maloney, TM (1977). Внутреннее сцепление и влагоотталкивающие свойства трехслойных древесно-стружечных плит. Журнал лесных товаров, 27(3), 50-54.

Прасетья, Б., и Роффаэль, Э. (1991). Untersuchenegen über das Verhalten extraktstoffreicher Rinden in Holzspanplatten zur Reaktivität der Fichtenrinde gegenüber Formaldehyd. Holz als Roh- und Werkstoff, 49, 341-344.

Ружак, И., Игнац Р., Криштяк Л., Рех Р., Миттерпах Дж., Очкайова А. и Кучерка М. (2017). Влияние модификации карбамидоформальдегидного клея корой бука на избранные свойства фанеры. Биоресурсы, 12(2), 3250-3264.

Сато, Ю., Кониши, Т., и Такахаши, А. (2009). Разработка изоляционного материала с использованием натуральной коры дерева. (2009, 2 апреля). Получено с http://techsrv.eng.utsunomiya-u.ac.jp/~yutaka/e-house/031007ICAM.pdf

Скогсберг, К.и Лундберг, А. (2005). Древесная щепа как теплоизоляция снега. Наука и технологии холодных регионов, 43, 207–218.

Зондереггер, В., и Нимц, П. (2009). Теплопроводность и паропроницаемость древесных материалов. Европейский журнал древесины и изделий из дерева, 67, 313–321.

Судзуки С., Сайто Ф. и Ямада М. (1994). Свойства древесностружечной плиты из коры. Мокузай Гаккаиси, 40(3), 287-292.

Такано, Т., Мураками Т., Камитакахара Х. и Накацубо Ф. (2008). Поглощение формальдегида корой карамацу (Lari leptolepis). Журнал Wood Science, 54, 332–336.

Тонди, Г., и Пицци, А. (2009). Жесткие пены на основе танина: обзор химических и физических свойств. Технология биоресурсов, 100, 5162-5169.

Тонди, Г., Хаури, Л., Виланд, С., Петучнигг, А., Лакаста, А., и Монтон, Дж. (2014). Сравнение составов на основе тетрагидрата октабората динатрия и на основе таннин-бора в качестве антипирена для деревянных конструкций.