Теплопроводность пенопласт сравнение


Теплопроводность пенопласта 50 мм в сравнении, таблица и результаты |

Немного об утеплении. Рассмотрим теплопроводность пенопласта 50 мм в сравнении. Таблицу целиком приводить не будем, озвучим лишь некоторые основные моменты.

Почему теплопроводность пенопласта целесообразно рассматривать именно в сравнении с другими видами теплоизоляторов? И почему для анализа выбрано изделие толщиной 50 мм?

На второй вопрос ответ прост.  Листы этой толщины пользуются наибольшей популярностью в малоэтажном строительстве. Причем идет продукт на утепление как внутренних, так и наружных стен. Следует сказать, что такие листы помимо выполнения своей основной функции по теплозащите еще и великолепно снижают передачу нежелательных шумов.

А при чем тут сравнение с остальными видами утеплителя? Оно наглядно показывает, что пенопласт 50 мм значительно превосходит остальных конкурентов.

Происходит это из-за того, что данный материал практически весь состоит из воздуха. А воздух, как известно, обладает чрезвычайно низкой теплопроводностью, порядка 0,027Вт/мК.

Средние же значения этой величины для пенопласта колеблются в пределах 0,037Вт/мК-0,043Вт/мК. Если изобразить сравнение теплоизолирующих материалов в графическом виде, картинка будет выглядеть примерно вот так.

Наш продукт явно вне конкуренции.

Но какова теплопроводность пенопласта 50 мм в сравнении с остальными утеплителями в цифровом выражении? В табличном виде?

Ведь именно такой формат наиболее нагляден?

Если расставить приоритеты по коэффициенту теплопередачи, таблица будет смотреться так.

Но все это, так сказать, теория. В которую вдаваться обычному застройщику неинтересно. Его интересуют практические значения теплопроводности пенопласта (допустим, толщиной 50) в сравнении с другими изоляторами. Озвучиваем несколько цифр.

  • Лист пенопласта 50 мм (по СНиП РФ) по теплоизолирующим свойствам равнозначен кирпичной кладке толщиной 850 мм.
  • Такой же лист будет эквивалентен вдвое большему объему минеральной ваты.
  • Плита пенопласта 100 мм эквивалентна слою 123 мм вспененного пенополистирола.
На заметку. Пожалуй, только пеноплекс перекрывает эти показатели. Для создания нормальной температуры в помещении потребуется его слой около 0,25 см.

Можно, конечно, еще порыться в таблицах и справочниках, произвести сравнение, сделать выводы. Но мы одним предложением выразим суть вопроса.

Если для сохранения определенного значения величины энергосбережения потребен слой дерева 45 см или кирпича 201 см, то пенопласта — всего лишь 12 см, благодаря его низкой теплопроводности.

Egor11

Теплопроводность пенопласта от 50 мм до 150 мм

Пенополистирольные плиты, именуемые в просторечье пенопласт – это изоляционный материал, как правило, белого цвета. Изготавливают его из полистирола термального вспучивания. На вид пенопласт представлен в виде небольших влагостойких гранул, в процессе плавления при высокой температуре выплавляется в одно целое, плиту. Размеры частей гранул считаются от 5 до 15 мм. Выдающаяся теплопроводность пенопласта толщиной 150 мм, достигается за счет уникальной структуры – гранул.

У каждой гранулы есть огромное количество тонкостенных микро ячеек, которые в свою очередь во много раз повышают площадь соприкосновения с воздухом. Можно с уверенность сказать, что пенопласт практически весь состоит из атмосферного воздуха, приблизительно на 98%, в свою очередь этот факт являет собой их предназначение – теплоизоляция зданий как снаружи, так и внутри.

Всем известно, еще из курсов физики, атмосферный воздух, является основным изолятором тепла во всех теплоизоляционных материалах, находится в обычном и разреженном состоянии, в толще материала. Тепло-сбережение, основное качество пенопласта.

Как было сказано раньше, пенопласт практически на 100% состоит из воздуха, а это в свою очередь определяет высокую способность пенопласта сохранять тепло. А связанно это с тем, что у воздуха самая низкая теплопроводность. Если посмотреть на цифры, то мы увидим, что теплопроводность пенопласта выражена в промежутке значений от 0,037Вт/мК до 0,043Вт/мК. Это можно сопоставить с теплопроводность воздуха — 0,027Вт/мК.

В то время как теплопроводность популярных материалов, таких как дерево (0,12Вт/мК), красный кирпич (0,7Вт/мК), керамзитная глина (0,12 Вт/мК) и других, используемых для строительства, намного выше.

Высокий уровень энергосбережения пенопласт обеспечивает за счет низкой теплопроводности. Например, если построить стену из кирпича толщиной 201 см или воспользоваться древесным материалом толщиной 45 см, то для пенопласта толщина составит всего на всего 12 см для определенной величины энергосбережения.

Поэтому самым эффективным материалом из немногих для теплоизоляции наружных и внутренних стен здания принято считать пенопласт. Затраты на отопление и охлаждение жилых помещений значительно сокращаются благодаря применению пенопласта в строительстве.

Превосходные качества пенополистирольных плит нашли свое применение и в других видах защиты, например: пенопласт, так же служит для защиты от промерзания подземных и наружных коммуникаций, за счет чего их эксплуатационный срок увеличивается в разы. Пенопласт применяют и в промышленном оборудовании (холодильные машины, холодильные камеры) и в складских помещениях.

Размеры листов

Изготовление пенополистирольных плит, осуществляется по нормам ГОСТ. При производстве пенопласта регулируется как состав, так и размеры листов. Стандартная длина листа колеблется от 100 см до 200 см. Ширина должна быть равна 100 см, а толщина от 2 см до 5 см. Теплопроводность пенопласта 50 мм – относительно высока, благодаря небольшой толщине и характеристикам материала, он является наиболее ходовым из всех.

А что же покупать?

На рынке строительных материалов представлен огромный выбор пенополистирольных плит. Высокая теплопроводность плит утеплителей зависит от их вида. Например: лист пенопласта ПСБ-С 15 обладает до 15 кг/м3 плотностью и 2 см толщиной. Для листа от 2-х до 50 см плотность составляет не более 35 кг/м3. При сравнении пенопласта с другими подобными материалами можно легко проследить зависимость теплопроводности пенополистирольных плит от его толщины.

Так, например: теплопроводность пенопласта 50 мм, больше в два раза, чем у минеральной ваты такого же объема, в таком случае теплопроводность пенопласта, толщина 150 мм, вообще в 6 раз превысит эти показатели. Базальтовая вата, тоже очень сильно проигрывает пенопласту.

Для того чтобы применить один из способов изоляции, необходимо верно выбрать габариты материала. По следующему алгоритму можно выполнить расчет:

  • Необходимо уточнить общее тепло-сопротивление. Эта величина зависит от региона, в котором необходимо выполнить расчет, а именно от его климата.
  • Для вычисления тепло-сопротивления стены можно воспользоваться формулой R=p/k, где ее толщина равна значению р, а k-коэффициент теплопроводности пенопласта.
  • Из постоянных показателей можно сделать вывод, какое сопротивление должно быть у изоляции.
  • Нужную величину можно вычислить по формуле р=R*k, найти значение R можно исходя из предыдущего шага и коэффициента теплопроводности.

Марки пенопласта

Если Вас заинтересовал вопрос, какой лучше всего марки приобрести пенопласт, и какая у него теплопроводность, то мы ответим вам на него. Ниже приведены самые популярные марки продукции, а также отображены величины плотности и коэффициент теплопроводности пенопласта.

  • ПCБ-C15. С теплопроводностью 0,042 Вт/мK, а плотность равна 11-15 кг/м3
  • ПCБ-C25. С теплопроводностью 0,039 Вт/мK, а плотность равна 15-25 кг/м3
  • ПCБ-С35. С теплопроводностью 0,037 Вт/мK, а плотность равна 25-35кг/м3

Завершает наш список пенопласт ПCБ-C5, теплопроводность которого составляет 0,04 Вт/мК, а плотность равна 35-50 кг/м3. Проведя анализ плотности и теплопроводности можно с уверенностью сказать, что плотность существенно не влияет на основное качество пенопласта, тепло-сбережение.

Теплопроводность пенопласта - точные данные

Пенопласт имеет следующие преимущества перед другими утеплительными материалами: экологичность, лёгкость, гигроскопичность, невысокая стоимость. Однако, главное достоинство — низкая теплопроводность пенопласта, которая делает его одним из наиболее распространенных теплоизолирующих материалов.

Общее описание

Пенопласт представляет собой плиты различной толщины, состоящие из вспененного материала – полимера. Теплопроводность пенопласта обеспечивается воздухом, из которого он состоит на 95-98%, т.е. газа, который не пропускает тепло.

Так как пенопласт в своей основе состоит из воздуха, то он имеет крайне низкую плотность, и, соответственно, малый удельный вес. Также пенопласт обладает очень хорошей звукоизоляцией (тонкие перегородки ячеек, заполненные воздухом – очень плохой проводник звуков).

В зависимости от исходного сырья (полимера) и процессов изготовления, можно производить пенопласт разной плотности, устойчивости к воздействию механических факторов, устойчивости к иным видам воздействия. В связи с вышеперечисленным, обусловливается выбор определенного вида пенопласта и его применение.

Характеристики теплопроводности пенопласта

Для того чтобы рассмотреть такую характеристику, как теплопроводность пенопласта, разберемся для начала, что из себя представляет в принципе теплопроводность материалов. Теплопроводностью называют количественную характеристику способности тела проводить тепло.

Это количество тепловой энергии (Ватт), которое любой материал способен провести через себя (метр), при определенной температуре (С) за определенное время. Обозначается — λ и выражается Вт/м•С.

Определим оптимальные размеры данного утеплителя исходя из его теплопроводных характеристик. На рынке стройматериалов большое множество различных утеплителей. Пенопласт, как мы уже знаем, обладает теплопроводностью очень низкой, но эта величина зависит от марки материала.

Например, пенопласт марки ПСБ-С 50 имеет плотность 50 кг/м3. Таким образом, его теплопроводность составляет 0,041 Вт/м•С (данные указаны при 20-30 С). Для пенопласта марки ПСБ-С 25 значение будет 0,041 Вт/м•С, а марки ПСБ-С 35 – 0,038 Вт/м•С. Приведенные величины коэффициентов теплопроводности указаны для пенопласта одинаковой толщины.

Наиболее заметна теплопроводность пенопласта при сопоставлении значений с другими теплоизоляционными материалами. К примеру, лист пенопласта 30-40 мм аналогичен объёму минваты в несколько раз большей, а толщина листа 150 мм заменяет 185 мм пенополистирола. Конечно, есть материалы, у которых коэффициент ниже. К таким относится и пеноплекс. 30 мм пеноплекса смогут заменить 40 мм пенопласта, при аналогичных условиях.

Какие листы выбрать?

Чтобы добиться наиболее эффективной теплоизоляции стены, необходимо правильно рассчитать толщину используемого утеплителя. Для примера рассчитаем, какой толщины нужен утеплитель для стены толщиной в один кирпич.

Сначала необходимо узнать общее теплосопротивление. Это постоянное значение, зависящее от климатических условий в определенной области страны. На юге России она составляет 2,8 кВт/м2, для полосы умеренного климата — 4,2 кВт/м2. Затем найдем теплосопротивление кирпичной кладки: R = p/k, где p – толщина стены, а k – коэффициент, указывающий, насколько сильно стена проводит тепло.

Имея начальные данные, мы можем узнать, какое теплосопротивление утеплителя необходимо использовать, применив формулу p=R*k. где R — общее теплосопротивление, а k — значение теплопроводности утеплителя.

Возьмем для примера пенопласт марки ПСБ-С 35, имеющий плотность 35 кг/м3 для стены, толщиной в один кирпич (0,25 м) в регионе средней полосы России. Общее теплосопротивление имеет значение 4,2 кВт/м2.

Для начала необходимо узнать теплосопротивление нашей стены (R1). Коэффициент для силикатного пустотного кирпича составляет 0,76 Вт/м•С (k1), толщина – 0,25 м (p1). Находим теплосопротивление:

R1 = p1 / k1 = 0,25 / 0,76 = 0,32 (кВт/м2).

Теперь находим теплосопротивление для утеплителя (R2):

R2 = R – R1 = 4.2 – 0,32 = 3,88 (кВт/м2)

Значение теплосопротивления пенопласта ПСБ-С 35 (k2) равен 0,038 Вт/м•С. Находим требуемую толщину пенопласта (p2):

p2 = R2*k2 = 3.88*0.038 = 0.15 м.

Вывод: при заданных условиях нам необходим пенопласт ПСБ-С 35 15 см.

Аналогичным способом можно сделать расчеты для любого материала, используемого в качестве утеплителя. Коэффициенты теплопроводности разных строительных материалов можно найти в специальной литературе или в сети Интернет.

Сравнительная таблица утеплителей по теплопроводности, толщине и плотности

Автор Марсель Сагитов На чтение 6 мин. Просмотров 41

В привычной для населения страны холодной зиме, востребованность теплоизоляционных материалов всегда на высоком уровне. Необходимо учитывать все особенности каждого из утеплителей, чтобы сделать выбор в пользу качественного и целесообразного материала.

Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

  • Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

  • Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены. Такое утепление позволяет увеличить срок службы здания во много раз.

  • Шумоизоляция.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

  • Увеличение полезной площади зданий.

Использование системы теплоизоляции позволяет уменьшить толщину наружных стен, при этом увеличивая внутреннюю площадь здания.

Как правильно выбрать утеплитель?

При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием.

Основные требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам:

  • Теплопроводность.

Теплопроводность подразумевает под собой способность материала передавать теплоту. Это свойство характеризуется коэффициентом теплопроводности, на основе которого принимают необходимую толщину утеплителя. Теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности является лучшим выбором.

Также теплопроводность тесно связана с понятиями плотности и толщины утеплителя, поэтому при выборе необходимо обращать внимание и на эти факторы. Теплопроводность одного и того же материала может изменяться в зависимости от плотности.

Под плотностью понимают массу одного кубического метра теплоизоляционного материала. По плотности материалы подразделяются на: особо лёгкие, лёгкие, средние, плотные (жёсткие). К легким относятся пористые материалы, подходящие для утепления стен, перегородок, перекрытий. Плотные утеплители лучше подходят для утепления снаружи.

Чем меньше плотность утеплителя, тем меньше вес, а теплопроводность выше. Это является показателем качества утепления. А небольшой вес способствует удобству монтажа и укладки. В ходе опытных исследований установлено, что утеплитель, имеющий плотность от 8 до 35 кг/м³ лучше всего удерживает тепло и  подходят для утепления вертикальных конструкций внутри помещений.

А как зависит теплопроводность от толщины? Существует ошибочное мнение, что утеплитель большой толщины будет лучше удерживать тепло внутри помещения. Это приводит к неоправданным расходам. Слишком большая толщина утеплителя может привести к нарушению естественной вентиляции и в помещении будет слишком душно.

А недостаточная толщина утеплителя приводит к тому, что холод будет проникать через толщу стены и на плоскости стены образуется конденсат, стена будет неотвратимо отсыревать, появится плесень и грибок.

Толщину утеплителя необходимо определять на основании теплотехнического расчета с учетом климатических особенностей территории, материала стены и её минимально допустимого значения сопротивления теплопередачи.

В случае игнорирования расчета может появиться ряд проблем, решение которых потребует больших дополнительных затрат!

Таблица теплопроводности материалов

Материал Теплопроводность материалов, Вт/м*⸰С Плотность, кг/м³
Пенополиуретан 0,020 30
0,029 40
0,035 60
0,041 80
Пенополистирол 0,037 10-11
0,035 15-16
0,037 16-17
0,033 25-27
0,041 35-37
Пенополистирол (экструдированный) 0,028-0,034 28-45
Базальтовая вата 0,039 30-35
0,036 34-38
0,035 38-45
0,035 40-50
0,036 80-90
0,038 145
0,038 120-190
Эковата 0,032 35
0,038 50
0,04 65
0,041 70
Изолон 0,031 33
0,033 50
0,036 66
0,039 100
Пенофол 0,037-0,051 45
0,038-0,052 54
0,038-0,052 74
  • Экологичность.

Этот фактор является значимым, особенно в случае утепления жилого дома, так как многие материалы выделяют формальдегид, что влияет на рост раковых опухолей. Поэтому необходимо делать выбор в сторону нетоксичных и биологически нейтральных материалов. С точки зрения экологичности лучшим теплоизоляционным материалом считается каменная вата.

  • Пожарная безопасность.

Материал должен быть негорючим и безопасным. Гореть может любой материал, разница состоит в том, при каком температуре он возгорается. Важным является то, чтобы утеплитель был самозатухающим.

  • Паро- и водонепроницаемость.

Преимущество имеют те материалы, которые обладают водонепроницаемостью, так как впитывание влаги приводит к тому, что  эффективность материала становится низкой и полезные характеристики утеплителя через год использования снижаются на 50% и более.

  • Долговечность.

В среднем срок службы изоляционных материалов составляет от 5 до 10-15 лет. Теплоизоляционные материалы, имеющие в составе вату  в первые годы службы значительно снижают свою эффективность.  Зато пенополиуретан обладает сроком службы свыше 50 лет.

Достоинства и недостатки утеплителей

  1. Пенополиуретанна сегодняшний день самый эффективный утеплитель.

    Виды ППУ

Достоинства: бесшовный монтаж пеной, долговечность, лучшая тепло- и гидроизоляция.

Недостатки: дороговизна материала, неустойчивость к УФ-излучению.

  1. Пенополистирол (пенопласт) – востребован для использования в качестве утеплителя для помещений разных типов.

Достоинства: низкая теплопроводность, невысокая стоимость, удобство монтажа, водонепроницаемость.

Недостатки: хрупкость, легкая воспламеняемость, образование конденсата.

  1. Экструдированный пенополистирол – прочный и удобный материал, при необходимости элементов нужного размера легко разрезается ножом.

Достоинства: очень низкая теплопроводность, водонепроницаемость, прочность на сжатие, удобство монтажа, отсутствие плесени и гниения, возможность эксплуатации от -50⸰С до +75⸰С.

Недостатки: намного дороже пенопласта, восприимчивость к органическим растворителям, образование конденсата.

  1. Базальтовая (каменная) вата – минеральная вата, изготавливающаяся на базальтовой основе.

Достоинства: противостояние образованию грибков, звукоизоляция, прочность к механическим воздействиям, огнеупорность, негорючесть.

Недостатки: более высокая стоимость, по сравнению с аналогами.

  1. Эковата – утеплитель, выполненный на основе естественных материалов (волокна дерева и минералы). На сегодняшний день применяется довольно часто.

Достоинства: звукоизоляция, экологичность, влагостойкость, доступная стоимость.

Недостатки: во время эксплуатации повышается теплопроводность, необходимость специального оборудования для монтажа, возможность усадки.

  1. Изолон – современный утеплитель, изготавливаемый путем вспенивания полиэтилена. Является одним из самых востребованных.

Достоинства: низкая теплопроводность, низкая паропроницаемость, высокая шумоизоляция, удобство резки и монтажа, экологичность, гибкость, небольшой вес.

Недостатки: низкая прочность, необходимость устройства вентиляционного зазора.

  1. Пенофол – утеплитель, который отвечает многим требованиям, предъявляемым к качеству утеплителя и утепления различных помещений, а также конструкций и т.д.

Достоинства: экологичность, высокая способность к отражению тепла, высокая шумоизоляция, влагонепроницаемость,  негорючесть, удобство перевозки и монтажа, отражение воздействия радиации.

Недостатки: малая жесткость, затрудненность крепления материала, в качестве теплоизоляции одного пенофола недостаточно.

Заключение

Рассмотренные достоинства и недостатки утеплителей позволят выбрать самый подходящий вариант уже на стадии проектирования. При этом учитывать все требования, предъявляемые к теплоизоляционному материалу, в первую очередь теплопроводность.

Полезно1Бесполезно

Какая теплопроводность у Пенопласта: его плотность в сравнении и особенности выбора : Плюсы и минусы- Обзор +Видео

Теплопроводность пенопласта и его теплопроводность в утеплении частного дома. Об этой характеристики говорят многие, но мало понимают о чем идет речь. Конечно же, это очень важно, но как получить теплопроводность?

Фактически разговор идет о том, что утеплитель не допустит передачу тепла и энергии через площадь, которую покрывает, а именно, речь идет о низкой теплопроводности. Коэффициент теплопроводности пенопласта – это основная характеристика, которая определяет порядок использования при утеплении конструкций и зданий разного вида.

Как достигается основа теплопроводности

Всем своим свойствам, как положительным, так и отрицательным, пенопласт (а по-другому его еще называют вспененным пенополистиролом) обязан стиролу и особенной технологической цепочке производства.

Для начала проводят насыщение стирола воздухом или газом, и делая из него гранулы, которые внутри пусты. Далее под действием пара объем гранул увеличивают во много раз со спеканием при присутствии в составе связующего вещества. Так, мы получаем лист из мелких шариков одинаковой формы, которые наполнены газом.

Хотя стенки их стирола тонкие, но они достаточно прочные. И даже если вы приложите достаточно усилий, будет не так просто разрушить целостность оболочки. Газ, который удерживается внутри, будет неподвижным при любых условиях использования, и тем самым обеспечит низкую теплопроводность пенопласта и площади, которую тот будет покрывать.

То, какова будет окончательная наполненность, зависит от плотности. Это значение может варьировать от 92% до 98%. Заметьте, что чем выше процент, тем плотность будет меньше, а значит, материал будет легче, теплопроводность – выше, а качество утепления тоже будет лучше.

Смысл понятия

Чтобы полностью понять словосочетание «теплопроводность пенопласта», для наглядности можно использовать физическую размерность. Данную величину измеряют в Вт/м*ч*К. Расшифровывается она так – количество ватт тепловой энергии, которая пройдет через толщину материала при площади 1м2 за час при понижении температуры разогретой поверхность в 1 Кельвин.

«1 Кельвин = 1 градус по Цельсию»

По какой схеме происходит утечка тепла через утеплитель

Среди характеристик технического вида разная плотность материала отражается и на коэффициенте теплопроводности пенопласта. Этот показатель может колебаться от 0.033 до 0,041 единиц. Когда плотность увеличивается, значение (коэффициент) становится меньше.

Но даже при бесконечном повышении плотности никак нельзя добиться потерь, которые будут равны нулю. При переходе образной границы и дальнейшем увеличении плотности у нас получится лишь рост потери тепла, который на графике имеет форму скачкообразности. Важно понимать и то, что при повышении уровня плотности, количество газа и объем материала сократятся, и значит, термоизоляция будет хуже.

Путем опытов было выведено, что способность изолятора сохранять тепло достигало такого максимального значения – от 7-ти до 36 кг/м3. Данное число, которое указывают на упаковке, дает знать, сколько будет весить один кубометр утеплителя при указанной плотности. Если плотность небольшая – небольшим будет и вес. А это отдельное преимущество при укладке и монтаже.

Чем тоньше, тем теплее

Для представления данной физической величины в реальности, попробуйте провести сравнение других строительных материалов с пенопластом. Например, вы стоите и рассматриваете с торцы разрезы стен из всевозможных материалов. Для начала вы видите бетонную кладку, толщина которой составляет 3.2 метра, далее кирпичную кладку в пять кирпичей, толщиной 1.25 метра, далее достаточно тонкую деревянную перегородку, ширина которого будет около 0,4 метров. А в самом конце будет лист пенопласта, толщина которого всего 10 см! Но что общего среди всех этих материалов? Лишь одно – одинаковый коэффициент теплопроводности.

Так, при использовании низкой теплопроводности, вы можете прилично сократить расход дорогих материалов, который используют для монтажа, укладки и облицовки. Дом, выстроенный в 2,5 кирпича, будет настолько же надежен, что и дом в 5 кирпичей, но в первом случае расход на отопление будет выше. Если хотите более теплый дом, вам потребуется всего лишь утеплить стену на 5 см пенопластовой плитой. Прочувствуйте всю разницу! Это чистая экономия.

Особенности выбора

При выборе пенопласта по теплопроводности кто-то может решить, что сравнение, приведенное выше, некорректно. Невозможно сравнить материалы, которые очень разные между собой, причем и по составу, и по происхождению. Тогда давайте посмотрим и сравним на примере современных и популярных утеплителей: базальтовые (минеральные), экструдированный и вспененный пенопилистирол, пенополиуретан.

Но полученное сравнение не идет в пользу перечисленных выше материалов, так как уровень их теплоемкости выше почти в 1,4 раза, чем у простого пенопласта. Это значительно снижает потребительскую ценность, и опускает материалы на ступень ниже.

Сравнение экструдированного пенополистирола и пенопласта по теплопроводности – занятие не из простых. Это из-за того, что математические и физические показатели практически одинаковы. Но при определении лидерства в виде низкого коэффициента теплопроводности пенополистирола, пенопласт имеет огромное преимущество в виде низкой цены, которая ниже в 3-4 раза.

И даже в сравнении полиуретана и пенопласта в теплопроводности можно говорить о том, что пенополистирол отлично «держит удар». Коэффициент пенополиуретана меньше лишь на 30%, а вот цена. Не забывайте о том, что для монтажа нужна хотя бы минимальная квалификация и наличие специального оборудования, а для этого потребуются дополнительные затраты. А вот утепление пенопластом можно сделать своими руками, даже если вы до этого момента не занимались строительными работами. Как видите, есть над чем подумать, перед тем как сделать выбор.

ПСБ-С-15. Это материал, который обладает невысокой плотностью и высоким уровнем теплопроводности. Его используют для того, чтобы утеплить вертикальные конструкции внутри помещения. Это пенополистирол, в маркировке которого есть число «15». Отличается небольшой толщиной.

Утеплитель с числом «25» можно использовать при утеплении стен снаружи, а также для чердачных и подвальных перекрытий, кровель (плоских и скатных) и в частных домах, и для многоэтажек.

Самой высокой доступной плотностью обладает материал с пометкой в наименовании «35». Он отлично утепляет углубленные фундаменты,  дороги автомобилей, а также полосы для взлета и посадка самолетов.

И скорее всего не существует материала, который невозможно утеплить пенопластом. При условии того, что вооруженным глазом термоизоляцию никак невозможно увидеть, это не значит, что ее не существует. Убедиться в этом вы сможете, если на следующий месяц после установки получите счет за электроэнергию .

 

Что лучше пенопласт или экструдированный пенополистирол?

Содержание   

Экструдированный пенополистирол и пенопласт – одни из самых популярных теплоизоляционных материалов, среди представленных на рынке изделий. Эти утеплители, казалось бы, при разной цене, обладают схожими техническими характеристиками, и выбрать подходящий для использования вариант иногда бывает очень трудно.

Плиты пенопласта ПСБ-С25

В данной статье мы разберемся, что лучше – пенопласт или пенополистирол, и в чем существенная разница между этими материалами. Будет выполнено сравнение их технических характеристик и эксплуатационных свойств.

Мы также рекомендуем купить теплоизоляцию в Орле.

1 Особенности материалов

Многие люди нередко удивляются, чем обоснована такая разница в цене между этими двумя материалами, если они максимально идентичны друг другу.

Проблема в том, что хоть пенопласт иногда и называется пенополистиролом, так как он также изготавливается методом вспенивая из того же сырья – полистирола, отождествлять экструдированный пенополистирол и пенопласт нельзя, так как они обладают существенными различиями.

Отличия данных материалов обуславливаются разной технологией производства. Преобразование исходного полистирольного сырья в пенопласт выполняется посредством воздействия на полистирол паром высокой температуры, при котором происходит вспенивание сырья, во время чего молекулы полистирола увеличиваются в размерах и соединяются между собой.

Экструдированный пенополистирол изготавливается по совершенно другой технологии. Полистирольное сырье в процессе производства загружается в специальное оборудование – экструдер, где нагревается до полной потери молекулами полистирола связей, в результате чего образуется однородный жидкий расплав.

Далее расплав, обладающий вязкой консистенцией, под давлением пропускается через экструзионную головку (отверстие заданной формы), в результате чего из расплава формируется изделие требуемой формы, обладающее однородной структурой.

Экструдированный пенополистирол Технониколь (а мы рекомендуем приобрести утеплители от Технониколь в Уфе) – это монолитно соединенные между собой молекулы вспененного полистирола, представляющую единую структуру, сквозь которую не проникает ни пар, ни влага, в то время как в пенопласте молекулы полимеры полистирола просто соединены между собой.

Так выглядят плиты рассматриваемых материалов

Технология производства экструдированного пенополистирола отличается от технологии изготовления производства пенопласта гораздо большей трудоемкостью и длительностью процесса, что и обуславливает разницу в цене между этими двумя материалами.

Вышеуказанные отличия в технологии производства обуславливают существенную разницу между функциональными свойствами этих двух материалов. Рассмотрим их подробнее.

к меню ↑

1.1 Теплопроводность

Теплопроводность является главной характеристикой любого теплоизоляционного материала, чем теплопроводность меньше – тем более эффективным является утеплитель, и тем меньшая толщина материала требуется для качественного утепления.

Теплопроводность экструдированного пенополистирола составляет 0.028 Вт/мк, теплопроводность пенопласта – 0,039 Вт/мк. Если он не бракованный. Для минимизации риска приобретения бракованного товара мы рекомендуем купить утеплитель в Кирове. 

По данной характеристике экструдированный пенополистирол лучше как пенопласта, так и большинства существующих на рынке утеплителей вообще.

к меню ↑

1.2 Механическая прочность

Как уже было сказано, структура экструдированного пенополистирола монолитна, в то время как составляющие пенопласта просто соединены между собой.

Это обуславливает серьезную разницу в прочностных характеристиках рассматриваемых материалов. Экструдированный пенополистирол обладает устойчивостью к изгибам в пределах 0.4-1 Мпа, и прочность на сжатие 0.25-0.5 Мпа, тогда как у пенопласта данные показатели в пределах 0.07-0.2 Мпа и 0.05-0.2 Мпа, соответственно.

На практике же, при серьезных механических нагрузках крошиться на мелкие шарики, из которых он состоит. Также данный материал очень ломкий, так как чувствителен к деформациям на изгиб.

Структура пенопласта

Экструдированный пенополистирол способен выдерживать достаточно серьезные несущие нагрузки, в связи с деформацией здания, в результате усадки, либо сезонных изменений температуры.

Плотность экструдированного пенополстирола, как правило, варьируется в пределах от 30 до 45 кг/м3, в то время как фактическая плотность пенопласта составляет 15-35 кг.

Согласно требований стандартов качества Российской Федерации, фактическая плотность пенопласта может отличатся от номинальной плотности на 10 кг/м3, в результате чего настоящая плотность того же пенопласта ПСБ-С35 редко превышает 26 кг/м3.

к меню ↑

1.3 Гидрофобность

Способность к впитыванию воды – важная характеристика любого теплоизоляционного материала.

В качественных утеплителях данное свойство должно быть сведено к минимуму, так как при наборе влаги утеплитель склонен к потере своих теплоизоляционных характеристик, увеличению веса и, при постоянном пребывании в влажной среде – гниению и разрушению.

Экструдированный пенополистирол обладает структурой из закрытых ячеек, в результате которой материал обладает практически нулевым влагопоглощением. Если он только не бракованный. Поэтому мы рекомендуем купить утеплитель в Москве, чтобы избежать брака.

При полном погружении в воду на 24 часа экструдированный пенополстирол впитывает жидкости не более 0.2% от своего объема, при этом, данный показатель фактически не увеличивается при более длительном пребывании материала в воде – при погружении на 30 дней пенополистирол впитывает 0.4% от объема.

Ввиду структурных отличий у пенопласта данный показатель значительно хуже – за 24 часа материал, при полном погружении, впитывает 2% от объема, при погружении на 30 суток – 4%.

Структура экструдированного пенополистирола

Такая разница в показателях более чем существенна, особенно, если утеплитель будет использоваться в сложных в плане влажности условиях. При утеплении цокольного этажа, фундамента и фасада, гораздо лучше себя проявляет экструдированный пенополистирол.

к меню ↑

1.4 Огнеупорность

Класс горючести теплоизоляционных материалов приобретает серьезную важность, когда необходимо выполнить утепление объектов, конструкция которых обладает множественными деревянными элементами – мансарды, либо кровли.

Также строительные нормы и правила запрещают выполнять внутреннюю теплоизоляцию производственных помещений горючими материалами, так как это противоречит требованиям пожарной безопасности.

По классу горючести экструдированный пенополистирол ничем от пенопласта не отличается. Все изделия на основе полистирола относятся к группам горючести (в зависимости от содержащихся в составе изделия примесей):

Для решения этого вопроса производителями, как в пенопласт, так и в экструдированный пенополистирол, добавляется антипирен – вещество, благодаря которому утеплители приобретает способность к самозатуханию.

Исследования свидетельствуют, что при достаточной концентрации антипирена, при отсутствии прямого контакта з огнем данные материалы тухнут в течение четырех секунд.

к меню ↑

1.5 Склонность к усадке

Усадка, как и влагопоглощение, является основным врагом любого утеплителя. При усадке материала в конструкции теплоизоляции появляются щели, которые существенно уменьшают общую эффективность утепления.

Одной из основных проблем пенопласта является именно склонность к усадке при нагреве. В большей мере деформация проявляется при нагреве изделия, по этому, пенопласт лучше не использовать для теплоизоляции систем теплого пола, а при утеплении пенопластом фасада, утеплитель необходимо покрывать белой штукатуркой, защищающей от УФ-лучей.

С экструдированным пенополистиролом дела обстоят намного лучше, материал практически не дает усадки в любых условиях эксплуатации.

Составляющие пенопласт шарики вспененного полистирола

к меню ↑

2 Выводы

Учитывая все вышеперечисленные сравнения, ответ на вопрос: «Что лучше, пенопласт или пенополистирол» — вполне очевиден, эффективность теплоизоляции экструдированным пенополистиролом на порядок выше практически по всем параметрам.

Чтобы убедиться в этом в полной мере, выполним сравнение основных технических характеристик данных материалов:

  • Теплопроводность, Вт/мк: Пенополистирол – 0,028; Пенопласт – 0,039, как у утеплителя Изовер Оптимал;
  • Коэффициент паропроницаемости, мг/мчПа: Пенополистирол – 0,05; Пенопласт – 0,022;
  • Плотность материала, кг/м3: Пенополистирол – 30-45, Пенопласт – 15-35;
  • Процент влагопоглощения от объема при погружении на 24 часа: Пенополистирол – 0.2; Пенопласт – 2;
  • Процент влагопоглощения от объема при погружении на 30 суток: Пенополистирол – 0.4; Пенопласт – 4;
  • Устойчивость к статическим изгибам, Мпа: Пенополистирол – 0,4-1; Пенопласт – 0,07-0,2;
  • Устойчивость к сжатию (при деформации на 10%), Мпа: Пенополистирол – 0,025-0,5; Пенопласт – 0,05-0,2;
  • Класс горючести: Пенополистирол – Г2, Пенопласт Г2 (нормально горючие).

Технология монтажа обеих утеплителей идентична

Диапазон допустимых рабочих температур для обоих материалов составляет от -50 до +75 градусов. При превышении температуры выше указанной, начинается деформация материала. Температура возгорания экструдированного пенополистирола  — 450 градусов, пенопласта – 310 градусов.

Если вы выбираете, что использовать для утепления дома, пенопласт или же пенополистирол, то в случае, если последний вариант вписывается в ваш бюджет, предпочтение лучше отдать именно ему.

Экструдированный пенополистирол – отличный вариант для теплоизоляции фасадов, фундаментов, полов, кровли и потолка. В доме, утепленном пенополистиролом, будет на порядок теплее, чем в доме, утепленном пенопластом. Лучше всего купить пенополистирол в Екатеринбурге или дешево в спб.

Если же ваши финансы ограничены, то используйте пенопласт, он, безусловно, не дотягивает по техническим характеристикам к эструдированному пенополистиролу, однако, среди недорогих утеплителей – это лучший выбор.

к меню ↑

2.1 Обзор особенностей экструдированного пенополистирола (видео)

Теплопроводность выбранных материалов и газов

Теплопроводность - это свойство материала, которое описывает способность проводить тепло. Теплопроводность может быть определена как

"количество тепла, передаваемого через единицу толщины материала в направлении, нормальном к поверхности единицы площади, за счет градиента единичной температуры в условиях устойчивого состояния"

Теплопроводность единицами являются [Вт / (м · К)] в системе СИ и [БТЕ / (час фут ° F)] в британской системе мер.

См. Также изменения теплопроводности в зависимости от температуры и давления , для: воздуха, аммиака, диоксида углерода и воды

Теплопроводность для обычных материалов и продуктов:

900 900 78 0,1 - 0,22 0,606
Теплопроводность
- k -
Вт / (м · К)

Материал / вещество Температура
25 o C
(77 o F)
125 o C
(257 o F)
225 o C
(437 o F)
Acetals 0.23
Ацетон 0,16
Ацетилен (газ) 0,018
Акрил 0,2
Воздух, атмосфера (газ) 0,0262 0,0333 0,0398
Воздух, высота над уровнем моря 10000 м 0,020
Агат 10,9
Спирт 0.17
Глинозем 36 26
Алюминий
Алюминий Латунь 121
Оксид алюминия 30
Аммиак (газ) 0,0249 0,0369 0,0528
Сурьма 18,5
Яблоко (85.6% влаги) 0,39
Аргон (газ) 0,016
Асбестоцементная плита 1) 0,744
Асбестоцементные листы 1) 0,166
Асбестоцемент 1) 2,07
Асбест в рыхлой упаковке 1) 0.15
Асбестовая плита 1) 0,14
Асфальт 0,75
Бальза 0,048
Битум 0,14
Слои битума / войлока 0,5
Говядина постная (влажность 78,9%) 0.43 - 0,48
Бензол 0,16
Бериллий
Висмут 8,1
Битум 0,17
Доменный газ (газ) 0,02
Шкала котла 1,2 - 3,5
Бор 25
Латунь
Бризовый блок 0.10 - 0,20
Кирпич плотный 1,31
Кирпич огневой 0,47
Кирпич изоляционный 0,15
Кирпич обыкновенный (Строительный кирпич ) 0,6 -1,0
Кирпичная кладка плотная 1,6
Бром (газ) 0,004
Бронза
Коричневая железная руда 0.58
Масло (влажность 15%) 0,20
Кадмий
Силикат кальция 0,05
Углерод 1,7
Двуокись углерода (газ) 0,0146
Окись углерода 0,0232
Чугун
Целлюлоза, хлопок, древесная масса и регенерированные 0.23

Ацетат целлюлозы, формованный, лист

0,17 - 0,33
Нитрат целлюлозы, целлулоид 0,12 - 0,21
Цемент, Портленд 0,29
Цемент, строительный раствор 1,73
Керамические материалы
Мел 0.09
Древесный уголь 0,084
Хлорированный полиэфир 0,13
Хлор (газ) 0,0081
Хром никелевая сталь 16,3
Хром
Оксид хрома 0,42
Глина, от сухой до влажной 0.15 - 1,8
Глина насыщенная 0,6 - 2,5
Уголь 0,2
Кобальт
Треск (влажность 83% содержание) 0,54
Кокс 0,184
Бетон, легкий 0,1 - 0,3
Бетон, средний 0.4 - 0,7
Бетон, плотный 1,0 - 1,8
Бетон, камень 1,7
Константан 23,3
Медь
Кориан (керамический наполнитель) 1,06
Пробковая плита 0,043
Пробка, повторно гранулированная 0.044
Пробка 0,07
Хлопок 0,04
Вата 0,029
Углеродистая сталь
Утеплитель из шерсти 0,029
Купроникель 30% 30
Алмаз 1000
Диатомовая земля (Sil-o-cel) 0.06
Диатомит 0,12
Дуралий
Земля, сухая 1,5
Эбонит 0,17
11,6
Моторное масло 0,15
Этан (газ) 0.018
Эфир 0,14
Этилен (газ) 0,017
Эпоксидный 0,35
Этиленгликоль 0,25
Перья 0,034
Войлок 0,04
Стекловолокно 0.04
Волокнистая изоляционная плита 0,048
Древесноволокнистая плита 0,2
Огнеупорный кирпич 500 o C 1,4
Фтор (газ) 0,0254
Пеностекло 0,045
Дихлордифторметан R-12 (газ) 0.007
Дихлордифторметан R-12 (жидкость) 0,09
Бензин 0,15
Стекло 1.05
Стекло, жемчуг, жемчуг 0,18
Стекло, жемчуг, насыщенное 0,76
Стекло, окно 0.96
Стекло-вата Изоляция 0,04
Глицерин 0,28
Золото
Гранит 1,7 - 4,0
Графит 168
Гравий 0,7
Земля или почва, очень влажная зона 1.4
Земля или почва, влажная зона 1,0
Земля или почва, сухая зона 0,5
Земля или почва, очень сухая зона 0,33
Гипсокартон 0,17
Волос 0,05
ДВП высокой плотности 0.15
Лиственные породы (дуб, клен ...) 0,16
Hastelloy C 12
Гелий (газ) 0,142
Мед ( 12,6% влажности) 0,5
Соляная кислота (газ) 0,013
Водород (газ) 0,168
Сероводород (газ) 0.013
Лед (0 o C, 32 o F) 2,18
Инконель 15
Чугун 47-58
Изоляционные материалы 0,035 - 0,16
Йод 0,44
Иридий 147
Железо
Оксид железа 0 .58
Капок изоляция 0,034
Керосин 0,15
Криптон (газ) 0,0088
Свинец
, сухой 0,14
Известняк 1,26 - 1,33
Литий
Магнезиальная изоляция (85%) 0.07
Магнезит 4,15
Магний
Магниевый сплав 70-145
Мрамор 2,08 - 2,94
Ртуть, жидкость
Метан (газ) 0,030
Метанол 0.21
Слюда 0,71
Молоко 0,53
Изоляционные материалы из минеральной ваты, шерстяные одеяла .. 0,04
Молибден
Монель
Неон (газ) 0,046
Неопрен 0.05
Никель
Оксид азота (газ) 0,0238
Азот (газ) 0,024
Закись азота (газ) 0,0151
Нейлон 6, Нейлон 6/6 0,25
Масло машинное смазочное SAE 50 0,15
Оливковое масло 0.17
Кислород (газ) 0,024
Палладий 70,9
Бумага 0,05
Парафиновый воск 0,25
Торф 0,08
Перлит, атмосферное давление 0,031
Перлит, вакуум 0.00137
Фенольные литые смолы 0,15
Формовочные смеси фенолформальдегид 0,13 - 0,25
Фосфорбронза 110 Pinchbe20 159
Пек 0,13
Карьерный уголь 0.24
Гипс светлый 0,2
Гипс, металлическая планка 0,47
Гипс песочный 0,71
Гипс, деревянная планка 0,28
Пластилин 0,65 - 0,8
Пластмассы вспененные (изоляционные материалы) 0.03
Платина
Плутоний
Фанера 0,13
Поликарбонат 0,19
Полиэстер
Полиэтилен низкой плотности, PEL 0,33
Полиэтилен высокой плотности, PEH 0.42 - 0,51
Полиизопреновый каучук 0,13
Полиизопреновый каучук 0,16
Полиметилметакрилат 0,17 - 0,25
Полипропилен
Полистирол вспененный 0,03
Полистирол 0.043
Пенополиуретан 0,03
Фарфор 1,5
Калий 1
Картофель, сырая мякоть 0,55
Пропан (газ) 0,015
Политетрафторэтилен (ПТФЭ) 0,25
Поливинилхлорид, ПВХ 0.19
Стекло Pyrex 1.005
Кварц минеральный 3
Радон (газ) 0,0033
Красный металл
Рений
Родий
Порода, твердая 2-7
Порода, пористая вулканическая (туф) 0.5 - 2,5
Изоляция из каменной ваты 0,045
Канифоль 0,32
Резина, ячеистая 0,045
Резина натуральная 0,13
Рубидий
Лосось (влажность 73%) 0,50
Песок сухой 0.15 - 0,25
Песок влажный 0,25 - 2
Песок насыщенный 2-4
Песчаник 1,7
Опилки 0,08
Селен
Овечья шерсть 0,039
Аэрогель кремнезема 0.02
Кремниевая литая смола 0,15 - 0,32
Карбид кремния 120
Кремниевое масло 0,1
Серебро
Шлаковая вата 0,042
Сланец 2,01
Снег (температура <0 o C) 0.05 - 0,25
Натрий
Хвойные породы (пихта, сосна ..) 0,12
Почва, глина 1,1
Почва, с органическими материя 0,15 - 2
Грунт, насыщенный 0,6 - 4

Припой 50-50

50

Сажа

0.07

Насыщенный пар

0,0184
Пар низкого давления 0,0188
Стеатит 2
Сталь углеродистая
Сталь, нержавеющая сталь
Изоляция соломенной плиты, сжатая 0,09
Пенополистирол 0.033
Диоксид серы (газ) 0,0086
Сера кристаллическая 0,2
Сахара 0,087 - 0,22
Тантал
Смола 0,19
Теллур 4,9
Торий
Древесина, ольха 0.17
Древесина, ясень 0,16
Древесина, береза ​​ 0,14
Лес, лиственница 0,12
Древесина, клен 0,16
Древесина дубовая 0,17
Древесина осина 0,14
Древесина оспа 0.19
Древесина, бук красный 0,14
Древесина, сосна красная 0,15
Древесина, сосна белая 0,15
Древесина ореха 0,15
Олово
Титан
Вольфрам
Уран
Пенополиуретан 0.021
Вакуум 0
Гранулы вермикулита 0,065
Виниловый эфир 0,25
Вода, пар (пар) 0,0267 0,0359
Пшеничная мука 0.45
Белый металл 35-70
Древесина поперек волокон, белая сосна 0,12
Древесина поперек волокон, бальза 0,055
Древесина поперек волокон, сосна желтая, древесина 0,147
Дерево, дуб 0,17
Шерсть, войлок 0.07
Древесная вата, плита 0,1 - 0,15
Ксенон (газ) 0,0051
Цинк

1) Асбест плохо для здоровья человека, когда крошечные абразивные волокна попадают в легкие, где они могут повредить легочную ткань. Это, по-видимому, усугубляется курением сигарет, в результате чего возникают мезотелиома и рак легких.

Пример - кондуктивная теплопередача через алюминиевый бак по сравнению с баком из нержавеющей стали

Кондуктивная теплопередача через стенку ванны может быть рассчитана как

q = (k / s) A dT (1)

или, альтернативно,

q / A = (к / с) dT

где

q = теплопередача (Вт, БТЕ / ч)

A = площадь поверхности ( м 2 , фут 2 )

q / A = теплопередача на единицу площади (Вт / м 2 , БТЕ / (ч фут 2 ))

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

dT = t 1 - t 2 = разница температур ( o C, o F)

s = толщина стены (м, фут)
9000 8

Калькулятор теплопроводности

k = теплопроводность (Вт / мК, БТЕ / (час фут ° F) )

с = толщина стенки (м, фут)

A = площадь поверхности (м 2 , фут 2 )

dT = t 1 - t 2 = разница температур ( o C, o F)

Примечание! - общая теплопередача через поверхность определяется « общим коэффициентом теплопередачи », который в дополнение к кондуктивной теплопередаче зависит от

Кондуктивная теплопередача через алюминиевую стенку горшка толщиной 2 мм - разность температур 80 o C

Теплопроводность для алюминия составляет 215 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(215 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м)] (80 o C)

= 8600000 (Вт / м 2 )

= 8600 (кВт / м 2 )

Проводящая теплопередача через стенку емкости из нержавеющей стали толщиной 2 мм - разница температур 80 o C

Теплопроводность нержавеющей стали составляет 17 Вт / (м · К) (из таблицы выше).Кондуктивная теплопередача на единицу площади может быть рассчитана как

q / A = [(17 Вт / (м · K)) / (2 10 -3 м) ] (80 o C)

= 680000 (Вт / м 2 )

= 680 (кВт / м 2 )

.

% PDF-1.7 % 59 0 объект > endobj xref 59 36 0000000016 00000 н. 0000001416 00000 н. 0000001588 00000 н. 0000002013 00000 н. 0000002600 00000 н. 0000003227 00000 н. 0000003262 00000 н. 0000003375 00000 н. 0000003844 00000 н. 0000004409 00000 н. 0000004497 00000 н. 0000005126 00000 н. 0000005791 00000 н. 0000007141 00000 н. 0000007574 00000 н. 0000007968 00000 п. 0000008423 00000 н. 0000009647 00000 н. 0000010823 00000 п. 0000011998 00000 п. 0000013110 00000 п. 0000014286 00000 п. 0000015450 00000 п. 0000018976 00000 п. 0000020084 00000 н. 0000022733 00000 п. 0000026810 00000 п. 0000031817 00000 п. 0000034299 00000 п. 0000034691 00000 п. 0000034786 00000 п. 0000034929 00000 п. 0000035406 00000 п. 0000035947 00000 п. 0000046196 00000 п. 0000001016 00000 н. трейлер ] / Назад 275927 >> startxref 0 %% EOF 94 0 объект > поток hb''`% e crjai / \ sñ эfY * v + Lh ՛% z غ nZXxĬSNir:} XuubYl c +: @

.

Эффективная теплопроводность пенополиуретана с открытыми порами на основе теории фракталов

На основе теории фракталов проиллюстрирована геометрическая структура внутри пенополиуретана с открытыми порами, который широко используется в качестве адиабатического материала. Создана упрощенная клеточная фрактальная модель. В модели описана методика расчета эквивалентной теплопроводности пористой пены и вычислена фрактальная размерность. Выводятся математические формулы для фрактальной эквивалентной теплопроводности в сочетании с газом и твердой фазой, для эквивалентной теплопроводности теплового излучения и для полной теплопроводности.Однако полный эффективный тепловой поток складывается из теплопроводности твердой фазы и газа в порах, излучения и конвекции между газом и твердой фазой. Получено фрактальное математическое уравнение эффективной теплопроводности с учетом фрактальной размерности и вакансионной пористости в теле ячейки. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными, разница составляет менее 5%. Обобщены основные влияющие факторы. Исследования полезны для улучшения адиабатических характеристик пеноматериалов и разработки новых материалов.

1. Введение

Благодаря выдающимся адиабатическим характеристикам пенополиуретан с открытыми порами, с небольшой плотностью и низкой теплопроводностью (0,018 ~ 0,032200 Вт / (м · К)), применяется в различных областях, таких как строительство, холодильные камеры хранения продуктов. , и рефрижераторные перевозки грузов с целью сохранения тепла. Неправильная геометрическая конструкция пенополиуретана с открытыми ячейками делает его нестандартным по физическим свойствам. И это затрудняет теоретические исследования, особенно в отношении точных тепловых характеристик.На самом деле, теплопроводность адиабатических материалов можно измерить с помощью пластинчатого термозащитного устройства, но это неудобно для научных исследований и разработки пенополиуретана. Анализ и оценка эффективной теплопроводности пористой среды в течение долгого времени представляли собой значительный исследовательский проект для теплофизической инженерии и гилологии [1]. Хотя в качестве исследовательского проекта для расчета теплопроводности используется пенопластовый материал пористой среды, он всегда считается соединительной виртуальной средой в крупномасштабном пространстве, то есть «средним объемом» в геометрическом распределении.Уитакер [2, 3] и Уитакер и Чоу [4] использовали метод виртуального «среднего объема» для описания процедуры тепломассопереноса внутри пористой среды. Считалось, что пористая среда объединена с твердофазным материалом, жидкостью и газом. Газовая фаза содержит сухой воздух и пар. Предположили, что все фазы в пористой среде представляют собой тепловые балансы, а размеры пор соответствуют «среднему объему», дюжине переменных, входящих в математическую формулу. Yu et al.[5, 6] также экспериментально исследовали их физическую модель связи и диффузии и вывели соответствующую математическую формулу.

В настоящее время существует два основных метода оценки теплопроводности материалов пористых сред. Во-первых, теплопроводность освещается как сложные математические функции пропорцией пор и параметрами микроструктуры. Лагард [7] вывел эквивалентную эффективную функцию теплопроводности для насыщенных пористых материалов.Эквивалентная эффективная теплопроводность получается из где - теплопроводность жидкой фазы (), а - теплопроводность твердой фазы ().

Здесь было высказано предположение, что тепловые потоки через флюид в поре и через твердую фазу пористого тела индивидуальны и происходят одновременно. Однако передача тепла также происходила между жидкой фазой и твердой фазой одновременно. Таким образом, реальная модель была более сложной, чем выражение в (1).Итак, Уильямс и Доу [8] разработали функцию следующим образом: где. Фактор - это отношение, которое тепловой поток передает вместе с градиентами температуры к общему тепловому потоку, в то время как является фактором отсутствия соединения твердое тело-твердое тело и для существования соединения твердое тело-твердое тело и соединения твердое тело-жидкость.

Действительно, в микропространственной структуре материалов пористой среды существование идеального равномерного распределения пор в пористом теле невозможно.Таким образом, существует большая ошибка между упомянутой выше идеальной моделью и реальным телом. Доступные идеальные модели и эмпирические уравнения для пенопластовых теплоизоляционных материалов обычно связаны только с пропорцией пор, которая является приблизительным отражением кажущейся теплопроводности в макропространстве. Но для реального вспененного материала, распределение пор которого нерегулярно, имеющиеся идеальные модели и эмпирические уравнения не относятся к микроструктуре и не могут раскрыть фактическую процедуру тепломассопереноса и распределение температуры и влажности.Как следствие, большая ошибка - наличие в исследовательской работе.

Другой метод связан с теорией фракталов. Теория фракталов, внедренная в оценочные и исследовательские работы по расчету теплопроводности пористых пеноматериалов, представляет собой новый путь развития теории тепловых характеристик материалов пористой среды. Теория фракталов была впервые выдвинута в 1975 году Мандельбротом, профессором Гарвардского университета в США. Некоторые эксперты, такие как Питчумани [9], Ю и Ли [5], а также Ма и др.[6], провели глубокие исследования эффективной теплопроводности гранулированной пористой среды с помощью теории фракталов и создали соответствующие математические уравнения. Основываясь на теории фракталов, Thovert et al. [10], Zhang et al. [11] и др. Разработали теоретические модели для расчета эффективной теплопроводности неоднородной пористой среды. Согласно концепции модели ковра Серпинского, Пичумани и Рамакришнан [12, 13] создали теоретическую модель распределения пор, но модель и математические уравнения были очень сложными во фрактальной размерности.Ma et al. [6] построили математическую модель эффективной теплопроводности для пористой среды в соответствии с теорией фракталов, которая показала, что теплопроводность пористой среды зависит от соотношения пор, соотношения площадей, соотношения теплопроводности в компонентах и ​​теплопроводности. контактное сопротивление все вместе. Это не имело ничего общего с эмпирическими константами и меньшим количеством параметров и просто вычислялось по формуле. Однако разные пористые среды не идентичны друг другу по внутренней фрактальной сущности.Кроме того, на практике сложно оценить термическое контактное сопротивление пористой среды. Универсальность модели еще требует дополнительной проверки. Thovert et al. [10] осветили фрактальную пористую среду с помощью перколяционной математической модели и выполнили решение геометрической итерацией. После этого Адлер, Товерт и Томпсон добавили эмпирические константы, полученные в результате экспериментов, в функцию Адлера. И функция обычно описывается как где - теплопроводность жидкости в порах пористого материала ().А верхний индекс здесь определяется как: где фактор фрактальной размерности = 2.5–2.85, а спектральная размерность используется для описания процедуры перколяции в порах.

Яншэн [14], основываясь на теории перколяции, установил взаимосвязь между диаметром пор в различных зернистых материалах и теплопроводностью. Но пористость пор, фрактальная размерность и микроструктура в модели не участвуют. Пичумани и Яо [15] рассчитали поперечные и продольные фрактальные измерения для освещения микроструктуры волокнистых материалов, а коэффициент теплопроводности был получен на основе традиционной теории теплопередачи.Но модель хорошо работает только с некоторыми волокнистыми пористыми материалами.

Итак, построение теоретически математической модели эффективной теплопроводности, универсальной для пористой среды, значительно затруднительно и непрактично. Следовательно, создание математической модели теплопроводности для одной определенной пористой среды, отражающей ее структурную характеристику во внутреннем мире, является важным развивающимся направлением исследований в области пористой среды.

2. Микроструктуры пенополиуретана с открытыми порами и описание фрактала
2.1. Микроструктуры

Полиуретан с открытыми ячейками состоит из твердых субстратов и ячеек. Под действием пенообразователя и агента открытия ячеек образуется большое количество ячеек, которые непрерывно распределяются внутри материала. Ячейки соединяются друг с другом бок о бок, и газ в порах может свободно течь через одну ячейку в другую. Это действительно преимущество для удаления пенообразователя и паров, скопившихся в порах. Между тем газ в порах может быть легко вытеснен прочным соединением ячеек.Твердая подложка из полиуретана с открытыми порами имеет определенную прочность, чтобы поддерживать материал и предотвращать разрушение в вакууме. Таким образом, пенополиуретан с открытой структурой ячеек может широко использоваться в качестве основного материала вакуумной изоляционной панели.

Микроструктура полиуретана с открытыми ячейками, состоящая из скелета твердой подложки (белая часть на рисунке) и ячеек (черная часть на рисунке), показана на рисунке 1 (полученном с помощью электронной микроскопии). Ячейки обычно имеют кубическую форму в пространстве и непрерывно распределены в плоскости сечения, а размеры отверстий находятся в диапазоне 140–220 м, а длина среднего каркаса составляет 125 м.Размеры ячеек различны, а распределение случайное и неравномерное.


2.2. Описание фрактала

Теория фракталов с момента своего зарождения вызвала интерес многих ученых благодаря своим уникальным преимуществам исследования нерегулярных и сложных геометрических объектов и успеху в решении многих задач геометрии, физики, геологии, гилологии и т. Д. на. Между тем, различные проблемы в научных дисциплинах также способствовали развитию теории фракталов.Теория фракталов - это эффективный подход к описанию нелинейных явлений в природе, сложных геометрических структур, внутренних объектов и пространственного распределения. Теория фракталов сначала провела исследование нелинейных сложных систем и проанализировала внутренние законы изучаемых предметов, которые не были упрощенными и абстрактными. В этом существенное отличие теории фракталов от линейного пути. Два предмета можно рассматривать как самоподобие, при этом значения фрактальной размерности равны согласно теории фракталов.Эксперты и исследователи построили различные фрактальные модели для материалов пористой среды, а многие исследователи применяют такие известные модели, как модель ковра Серпинского, модель губки Менгера и модель кривой Коха. Однако материалы почти пористой среды по своей природе не совпадают с упомянутыми выше моделями. Они не являются строгим подобием, но похожи по математическому расчету.

Согласно теории фракталов, это самоподобное масштабное соотношение между метрической мерой объектов и физической величиной, существующей в размерном евклидовом пространстве, включая площадь и объем, или длину пористого фрактала [16]:

Для одного фрактального тела значение фрактальной размерности находится в диапазоне от 2 до 3.Но для полиуретана с открытыми порами микроструктуры диаметры пор разные. Структура нерегулярная, а распределение случайное. Для пенополиуритана с открытыми порами наибольший размер пор ячеек = 220 мкм, а наименьший -; и предполагая длину такта для шага, объем ячейки V можно описать следующим образом:

На основании теории фракталов, распределение ячеек статистически самоподобно для пенополиуретана с открытыми ячейками.Уравнение (6) можно заменить следующим: где C постоянная. Логарифмируя (7), (8) можно получить как

Согласно методу случайных фракталов ковра Серпинского, на Рисунке 1 вычислен фрактал, и результат показан на Рисунке 2. То есть, объем пенополиуретана с открытыми ячейками в этом исследовании имеет фрактальную характеристику, а значение фрактальной размерности соответствует образцу.


Однако структура пористой среды нерегулярна, а распределение пор также является случайным.Физическая величина, количество пор, зависит от диаметра пор D . Итак, (5) можно переписать как или же

Принимая дифференциальный коэффициент к (9), тогда

Итак, объединение с (10) и (12) может быть получено как

.

Экспериментальное исследование и корректировка модели

В этом исследовании сверхлегкий пенополистироловый пенобетон (EFC) был изготовлен методом химического вспенивания, а его теплоизоляционные свойства были измерены переходным методом при различных температурах окружающей среды (от −10 до 40 ° C). C). Затем наблюдали влияние температуры и объемной доли EPS на теплопроводность и плотность EFC в сухом состоянии. В конечном итоге уравнение Ченга – Вачона было модифицировано путем введения температурного параметра.Результаты показали, что теплопроводность EFC уменьшается с повышением температуры. Также было продемонстрировано, что подходящий объем частиц EPS может не только уменьшить теплопроводность EFC, но также уменьшить влияние температуры на теплопроводность. Теплопроводность EFC при различных температурах была точно предсказана в этом исследовании с использованием предложенной модели.

1. Введение

Пенобетон (FC) - это тип легкого пористого материала на основе цемента с плотностью от 400 кг / м 3 до 1900 кг / м 3 , который широко используется в области строительства. особенно для снижения статической нагрузки конструкций и для сохранения тепла, демпфирования, звукоизоляции и заполнения пор [1].По сравнению с органическими изоляционными материалами ТЭ имеет более высокую прочность, лучшую огнестойкость и долговечность [1–3]. Однако, чтобы соответствовать более высоким требованиям к теплоизоляционным характеристикам, плотность FC следует дополнительно снизить до менее чем примерно 400 кг / м 3 . В соответствующих исследованиях было установлено, что метод химического вспенивания более подходит для сверхлегких ТЭ, чем механическое вспенивание [4–9].

Пенополистирол (EPS) был впервые представлен в качестве легкого заполнителя для бетона Куком в 1973 году [10].Благодаря своей превосходной теплоизоляции и близким пористым свойствам частицы пенополистирола существенно влияют на тепловые характеристики FC. Например, Sayadi et al. [11] добавили регенерированные частицы EPS в FC и обнаружили, что теплопроводность образца FC с объемной долей EPS 82% снизилась на 45%, а плотность - на 62,5%. Видно, что EPS имеет широкие перспективы применения и большую потенциальную ценность в FC [12–14].

Теплопроводность - важный параметр, отражающий способность бетона передавать тепло.Многие исследования изучали теплопроводность композиционных материалов и выявили влияние различных факторов на теплопроводность [15]. Температура как внешнее условие оказывает важное влияние на теплопроводность бетона [16–20]. Рахим и др. [21] протестировали теплопроводность трех бетонных материалов на биологической основе при различных температурных условиях (от 10 до 40 ° C) в установившемся состоянии с использованием метода защищенной горячей плиты. Они обнаружили, что теплопроводность бетонных материалов увеличивается с повышением температуры.Тандироглу [22] изучил теплопроводность легкого необработанного бетона с перлитовым заполнителем и установил функции взаимосвязи для теплопроводности, водоцементного отношения, количества перлита по массе и температуры. Предлагаемые эмпирические корреляции теплопроводности применимы в диапазоне температур от -70 до 30 ° C. Ли и др. [23] обсудили общие модели теплопроводности, основанные на экспериментальных данных, и предложили модель прогнозирования теплопроводности FC, но они не смогли учесть влияние внешних факторов окружающей среды на теплопроводность модели, таких как температура.Таким образом, теплопроводность различных типов бетона значительно различается при изменении температуры. В настоящее время теоретические модели теплопроводности ТЭ не учитывают температурные эффекты.

В данном исследовании сверхлегкий пенополистирольный пенобетон (EFC) с различным содержанием пенополистирола получают методом химического вспенивания, а его теплопроводность измеряется при различных температурах окружающей среды (от -10 до 40 ° C). На основе результатов испытаний и существующих моделей теплопроводности была получена модель теплопроводности EFC с поправкой на температуру.

2. Экспериментальные программы
2.1. Сырье и соотношение смеси

Загущенный материал, использованный в этом исследовании, был изготовлен из китайского обычного портландцемента 42,5 и летучей золы класса I. Соответствующие технические показатели для этих двух материалов показаны в таблицах 1 и 2. Добавление летучей золы может оптимизировать структуру пор FC и улучшить его теплоизоляционные характеристики. Кроме того, EPS имеет размер частиц от 2 до 4 мм, кажущуюся плотность 18,8 кг / м 3 и теплопроводность 0.0313 Вт / (м · К). Пенообразователь, использованный в этом тесте, представлял собой раствор перекиси водорода с концентрацией 30%. Стабилизатором служил стеарат кальция. Первым укрепляющим агентом был нитрит натрия, а загустителем - эмульсия акрилатного сополимера. Используемая вода была водопроводной. Соотношение вода-вяжущее, содержание пенообразователя и дозировка летучей золы были скорректированы для определения эталонного соотношения смеси, которое показано в таблице 3. Всего было приготовлено 12 испытательных блоков пенобетона с химическим вспениванием EPS путем изменения объемной доли EPS (0% ~ 60%).


Тип цемента Удельная поверхность (м 2 / кг) Время схватывания (мин) Прочность на изгиб (МПа) Прочность на сжатие (МПа)
Начальная установка Окончательная установка 3d 28d 3d 28d

PO 42,5 345,00 150 210 5.0 8,0 16,5 46,2


Химический состав (%) Кажущаяся плотность (кг / м 3 ) Насыпная плотность (кг / м 3 )
SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 Cao MgO NaO

58 30 4.3 1,5 2,8 3,2 2100 1086


Образцы Цемент (г) Зола уноса ( г) w / b Объем пены (%)

A 1 193 157 0,48 6,3

соотношение w / b: вода-связующее.

2.2. Прибор для испытаний
2.2.1. Тестер теплопроводности

Для теста теплопроводности использовался анализатор термических характеристик ISOMET 2114, произведенный в Словакии (рис. 1). Прибор может быть использован для определения теплопроводности, объемного теплового потока и температуропроводности композитов на основе цемента [24]. Он основан на принципе испытания на переходные процессы, а диапазон измерения температуры составляет 15 ~ + 50 ° C с точностью 1 × 10 -4 Вт / (м · К).Прибор можно проверить с помощью зонда или плоской пластины. В этом тесте используется поверхностный зонд с диапазоном измерения 0,04 ~ 0,3 Вт / (м · К).


2.2.2. Испытательный бокс при высоких и низких температурах

В этом испытании использовался испытательный стенд для моделирования высоких и низких температур, разработанный Северо-восточным сельскохозяйственным университетом. Его основные показатели производительности приведены в таблице 4.


Полезный объем 5 м × 4 м × 2,5 м
Диапазон температур −45∼ + 60 ° C
Колебания температуры ± (0.05∼0.1) ° C
Мощность нагрева 1500 Вт
Холодопроизводительность 1500 Вт

2.3. Технология приготовления и методика химического вспенивания пенобетона EPS
2.3.1. Технология приготовления

В соответствии с характеристиками пенополистирола и технологией формования химического пенобетона образцы пенополистирола с химическим вспениванием были приготовлены в соответствии со следующим процессом: (a) Частицы пенополистирола были влажными в течение одной минуты с одной третью общая вода.(b) Цемент для смешивания, летучая зола, другие твердые материалы, оставшаяся вода и загуститель смешивали и перемешивали до тех пор, пока смесь не стала однородной. Затем смоченные частицы EPS помещали в смесь и перемешивали в течение одной минуты. Температуру суспензии поддерживали на уровне 25 ° С. (C) Добавляли раствор нитрита натрия. Смесь перемешивали на низкой скорости в течение 30 секунд, а затем перемешивали на высокой скорости в течение 10 секунд. (D) В смесь вливали перекись водорода, и ее перемешивали в течение 10 секунд.(e) Смесь быстро вылили в форму и оставили на 24 часа при 20 ° C. Затем образцы вынимали из формы, когда они имели определенную прочность, и затем осуществляли стандартное отверждение. Бетонный образец показан на рисунках 2 (а) и 2 (б).

2.3.2. Экспериментальные методы

Испытание образцов на плотность в сухом состоянии проводили в соответствии с китайским стандартом GB / T11969-2008. Измерения проводились после высушивания образцов до постоянного веса. Окружающая среда с постоянной температурой обеспечивалась испытательным стендом при высоких и низких температурах.Теплопроводность образцов проверяли после двухчасового стояния при постоянной температуре. При постоянной температуре измеряли теплопроводность полированных образцов с обеих сторон с помощью анализатора тепловых характеристик. Теплопроводность некоторых образцов EFC при 20 ° C показана в Таблице 5. Из-за неоднородности FC были протестированы три положения лицевой поверхности, и было рассчитано среднее значение результатов.


Объемная плотность в сухом состоянии (кг / м 3 ) Пористость (%) Средняя теплопроводность (Вт / (м · К)) Объемная плотность в сухом состоянии (кг / м 3 ) Пористость (%) Средняя теплопроводность (Вт / (м · К))

304 73.47 0,0838 291 73,04 0,0704
366 68,06 0,0926 230 79,93 0,0761
357 68,85 0,0890 0,0921
362 70,07 0,1000 237 79,32 0,0750
336 71.99 0,0810 267 76,70 0,1037

3. Результаты и обсуждение
3.1. Связь между объемной плотностью в сухом состоянии и теплопроводностью образцов EFC при различных температурах

Теплопроводность - это основной физический параметр, используемый для характеристики теплопроводности материалов. Механизм теплопроводности у разных веществ разный.Согласно теории теплопередачи [25, 26], свободная подвижность электронов и колебания решетки являются двумя основными независимыми механизмами теплопередачи твердого тела. В основном это упругая волна (или волна решетки), которая, создаваемая колебанием решетки в месте с более высокой температурой, вызывает колебание соседней решетки для передачи тепла в неорганических неметаллических твердых материалах. Поскольку бетон состоит в основном из твердых компонентов, механизм теплопередачи каркаса аналогичен механизму передачи тепла твердого тела.Поэтому теплопроводность бетона в первую очередь зависит от плотности материалов. Обычно низкая плотность соответствует низкой теплопроводности [27].

Закон изменения был получен путем подбора результатов испытаний объемной плотности в сухом состоянии и теплопроводности при различных температурах, как показано на рисунке 3. Объемная плотность в сухом состоянии химически вспениваемого пенобетона EPS положительно коррелирует с теплопроводностью.


Данные испытаний были подогнаны для получения соотношения между объемной плотностью в сухом состоянии и теплопроводностью EFC при температуре 0 ° C.Относительное выражение может быть записано как

. Содержание пены и содержание EPS определяют его объемную плотность в сухом состоянии в EFC и влияют на теплопроводность EFC. В тех же условиях количество пор в пористом материале определяет его теплопроводность. Когда количество пор такое же, теплопроводность увеличивается с увеличением размера пор. Однако соединенные поры увеличивают теплопроводность бетона. Кроме того, объемная доля EPS является ключевым фактором, изменяющим объемную плотность FC в сухом состоянии.На рис. 4 представлена ​​кривая влияния объемной доли EPS на объемную плотность FC в сухом состоянии. Согласно Фигуре 4, микропоры не изменились при добавлении небольшого количества частиц EPS до тех пор, пока не было добавлено 10% частиц EPS. В этот момент соотношение крупных пор в образцах показало тенденцию к увеличению, что привело к уменьшению сухой объемной плотности. Однако, когда процент пор с диаметрами, достигающими 200-400 мкм м, был слишком большим, внутренняя структура пор будет нестабильной, и некоторые большие поры могут быть разрушены.Это приведет к увеличению сухой объемной плотности образца и, таким образом, повлияет на теплопроводность EFC [28].


3.2. Влияние температуры на теплопроводность пенобетона EPS

В этом эксперименте использовались пять температур, а именно -10 ° C, 0 ° C, 20 ° C, 30 ° C и 40 ° C. Эти температуры были использованы для изучения теплоизоляционных характеристик EFC. Теплопроводность FC, смешанного с различным содержанием частиц EPS, была проверена для получения закона изменения теплопроводности FC с различными объемными долями EPS в зависимости от температуры, как показано на рисунке 5.Как видно из рисунка 5, теплопроводность химического пенобетона положительно коррелирует с внешней температурой. При изменении температуры наибольшая амплитуда изменения ТЭ без частиц ЭПС достигла 52%, что свидетельствует о значительном влиянии температуры на теплопроводность ТЭ [29]. Это связано с тем, что теплопроводность FC связана не только с интенсивностью движения частиц в твердой, жидкой и газовой фазах, но также с силами взаимодействия между различными фазами частиц и их пространственным распределением.Из-за большой пористости FC высокая температура может усилить неравномерное движение и столкновение молекул газа в порах. Это усилило бы взаимодействие между различными фазами частиц, тем самым увеличив теплопроводность.


На рисунке 5 показано сравнение с кривой теплопроводности FC без шариков из пенополистирола, другие кривые с шариками из пенополистирола, очевидно, более гладкие и с меньшими наклонами в том же диапазоне температурного градиента. Когда объемное содержание EPS составляло 55%, изменение температуры меньше всего влияло на теплопроводность.Этот результат демонстрирует, что надлежащее количество частиц EPS может не только снизить теплопроводность EFC, но и компенсировать изменения теплопроводности, вызванные изменениями температуры. Этот эффект является основным преимуществом структуры EPS и улучшения им структуры пор FC. Эмпирические корреляции между теплопроводностью ТЭ и температурой при различных объемных долях пенополистирола показаны в таблице 6.

028 + 2 + 0,0749 9429 = 0.998

Объемная доля пенополистирола (%) λ = a ( T 2 ) + bT + c R 2

0 λ 0 = −0.000008 T 2 + 0,0008 T + 0,071 R 2 = 0,995
5 λ 5 = −0,00001 T R 2 = 0,995
20 λ 20 = −0,000001 T 2 + 0,0009 T 000 + 0,0659
55 λ 55 = −0,000009 T 2 + 0,0007 T + 0,0625 R 2 = 0,987

3.3. Влияние содержания пенополистирола на теплопроводность FC при различных температурах

Избыточное содержание пузырьков, введенных в цементную матрицу, вызовет некоторые трудности в формировании бетона.Следовательно, сложно снизить плотность и теплопроводность сверхлегкого ТЭ за счет увеличения количества пенообразователя. В этом исследовании определенная объемная доля частиц пенополистирола была добавлена ​​в химический пенобетон, чтобы изменить собственный вес и теплоизоляционные характеристики бетона.

Частицы EPS обладают хорошими тепловыми характеристиками. Влияние объемной доли EPS на теплопроводность FC при различных температурах показано на рисунке 6. Добавление частиц EPS значительно изменило теплопроводность FC.По сравнению с FC без EPS максимальная амплитуда изменения теплопроводности FC уменьшилась на 46% после добавления определенной объемной доли частиц EPS. Как показано на рисунке 6, теплопроводность EFC сначала уменьшалась, а затем увеличивалась с увеличением содержания EPS. Это произошло в первую очередь потому, что частицы пенополистирола (98% воздуха и 2% полистирола) имеют внутри множество закрытых пор, которые обладают большим термическим сопротивлением. С увеличением содержания EPS соответственно увеличивалось тепловое сопротивление EFC.Следовательно, его теплопроводность снизилась. Недавние исследования показывают, что при добавлении пенопласта к бетону из пенополистирола вспенивающий агент создает структуру микропор между гранулами EPS [30]. Однако, когда объемная доля EPS слишком велика, расстояние между частицами EPS будет уменьшаться. Это заставляет окружающую пену собираться вместе и соединяться, образуя более крупные поры. В результате увеличилась внутренняя связная пористость и значительно увеличилась теплопроводность, что даже повлияло на нормальное формование пеной FC.


Как видно из рисунков 4 и 6, результаты показывают, что сверхлегкий пенобетон с химическим вспениванием EPS с плотностью в сухом состоянии менее 300 кг / м 3 и нормальной теплопроводностью от 0,0704 до 0,0767 Вт / (м · К) может быть получен, когда объемная доля EPS составляет 25% ~ 35%. Кроме того, по сравнению с обычным ТЭ он показал эффективную теплоизоляцию при изменении температуры.

4. Модель теплопроводности с модифицированной температурой для EFC
4.1. Базовая модель теплопроводности пенобетона
4.1.1. Последовательные и параллельные модели

Основной формой передачи тепла внутри бетонных материалов является теплопроводность. Хашин и Штрикман предложили эффективные модели теплопроводности двухфазной системы [31]. Последовательная и параллельная модели основаны на верхнем и нижнем пределах теплопроводности материалов соответственно. В этих моделях частицы пены и пенополистирола используются в качестве дисперсной фазы, а цемент, летучая зола и суспензия используются в качестве непрерывной фазы для расчета теплопроводности бетона.Обычно выражения можно записать в виде следующих уравнений: Серийные модели: Параллельные модели:

4.1.2. Maxwell - Eucken Модель

Модель Максвелла-Ойкена предполагает, что пена состоит из однородных сфер, которые распределены неравномерно и не имеют сил взаимодействия. Более сжато модель утверждает, что теплообмен не может осуществляться между дисперсными фазами. На этой основе удалось успешно вывести минимальные границы теплопроводности изотропных и макроскопических однородных двухфазных материалов [32].

Когда пена замешивается в бетон, ее форма и распределение будут изменены из-за выдавливания из раствора, но модель учитывает только показатель пористости. Его выражение выглядит следующим образом [32]:

4.1.3. Модифицированная объемная модель для пенобетона

Li рассмотрела объемное содержание пены и предложила модифицированную модель, которая может быть применена для расчета теплопроводности FC путем объединения данных испытаний FC на основе модели теплопроводности Cheng-Vachon [23].Модель предполагает, что в бетонном растворе нет пор, а тепловая конвекция, излучение и контактное сопротивление не учитываются. Он в первую очередь корректирует объемное содержание дисперсной фазы и учитывает влияние сложных факторов, таких как путь теплопередачи и извилистость во время процесса теплопередачи. Эта модель может точно предсказать теплопроводность FC.

Ниже приведены уравнения для модели поправки на объем теплопроводности FC [23]:

Разница в теплопроводности между пеной и цементно-зольным раствором представлена ​​с помощью простого уравнения:

Модифицированный объемное содержание пены может быть выражено следующим образом:

Из уравнений (5) и (6) эффективное тепловое сопротивление FC представляется следующим образом:

Тогда уравнение теплопроводности для FC равно

Оно должно быть отметили, что t - это поправочный коэффициент на объемное содержание пены, полученный путем подбора данных испытаний.

4.2. Оценка модели и определение параметров

Модель коррекции объема, предложенная Ли, была использована для проверки и изучения экспериментальных результатов FC в исследовании. Поскольку 98% частиц EPS были воздухом и разница в теплопроводности между ними была небольшой, пористость и EPS были упрощены до дисперсной фазы, а цементно-зольный раствор был непрерывной фазой. Сравнение между прогнозируемым значением и экспериментальным значением последовательных и параллельных моделей, модели Максвелла – Ойкена и модели поправки на объем показаны на рисунке 7.


Согласно рисунку 7, данные теплопроводности, предсказанные параллельной и последовательной моделями, находились в верхнем и нижнем пределах соответственно, и они значительно отличались от экспериментальных результатов. Теплопроводность, предсказанная моделью Максвелла – Эйкена, была намного больше, чем экспериментальные данные. Это произошло потому, что модель Максвелла – Ойкена предполагала, что устьица в тестовых блоках были однородными и независимыми сферами. На самом деле эти формы пор сильно различаются, и некоторые из них представляют собой связанные поры, что приводит к большому отклонению между прогнозируемым значением и экспериментальным значением.

Аппроксимация методом наименьших квадратов модифицированной объемной модели, предложенной Ли, была выполнена с использованием частичных тестовых данных. Когда t = 2,15, был получен эффект наилучшего соответствия, и прогнозируемый результат был наиболее близок к значению теста. Поэтому модифицированная объемная модель, предложенная Ли, была использована для прогнозирования и оценки теплопроводности EFC в этом исследовании.

Модель оценила влияние температуры на теплопроводность различных фаз на основе модифицированной объемной модели, предложенной Ли, и скорректировала поправочный коэффициент объема с помощью температурной функции.

В настоящем исследовании мы предлагаем новую корреляцию для дисперсной фазы:

Разница между двумя фазами в теплопроводности с поправкой была дана

Влияние температуры было введено в теплопроводность для корректировки объемного содержания Корректирующий коэффициент пены:

Затем была скорректирована пористость при различных температурах, можно записать, как показано в следующих уравнениях:

Объемный поправочный коэффициент пены после двухкратной коррекции можно записать следующим образом: объемного содержания пены при разных температурах:

.

Смотрите также