Виды теплоизоляционные материалы виды и свойства: Виды теплоизоляционных материалов и изделий — «ГРАДСНАБ»

Теплоизоляционные материалы — виды и свойства

Утепление любого помещения при строительстве нового здания или во время проведения ремонтных работ – это неотложный пункт, от которого впоследствии зависит дальнейший комфорт пребывания в данном помещении. Теплоизоляционные материалы, виды и свойства их – это основа, от которой будет зависеть уют и комфорт в жилище, создание оптимального микроклимата и поддержание необходимой температуры.

Именно от свойств утеплителей зависит, будет ли сохраняться тепло в здании, поэтому к подбору данных показателей необходимо подходить очень ответственно.

Основные показатели и свойства утеплителей

Задача любого утеплителя обеспечивать самые оптимальные показатели теплоизоляции. Что такое теплоизоляция? Это максимально возможное снижение потерь тепла. Теплоизоляционные материалы (виды и свойства) не обходятся без технологий теплосбережения, которые предусматривают рациональное использование энергетических ресурсов.

Теплоизоляцию классифицируют в зависимости от способа передачи тепла:

• отражающего типа;
• предотвращающего типа.

Среди основных свойств теплоизоляционных материалов стоит выделить:

1. Низкий уровень теплопроводности.

Благодаря данному свойству можно существенно сократить или даже полностью оградить помещение от потерь тепла. У разных утеплителей данный показатель разнится. Чем тоньше утеплитель по толщине, тем ниже у него коэффициент теплопроводности.

2. Паропроницаемость.

Все теплоизоляционные материалы должны помогать выводить влажный воздух из помещения. При подборе утеплителя, необходимо поинтересоваться уровнем паропроницаемости материала, из которого возводились стены здания. Необходимо подбирать утеплитель с более низким показателем паропроницаемости, нежели у стенового материала.

3. Влагостойкость.

Утеплитель не должен пропускать или впитывать влагу.

4. Долговечность.

Выбирать необходимо такой утеплитель, срок эксплуатации которого не ниже аналогичного показателя самого здания.

5. Негорючесть.

Данное свойство не позволяет возгораться материалу, но одновременно помогает переносить воздействие высоких температур (благодаря данному свойству утеплители отвечают нормам пожарной безопасности).

6. Экологичность.

Важно, чтобы при производстве утеплителя использовались только натуральные компоненты. Это будет обеспечивать безопасность и для человека, и для окружающей среды в целом.

7. Постоянность.

Утеплитель не должен давать просадку, его физические и механические свойства не должны изменяться со временем.

Виды утеплителей и их область применения

Благодаря тому, что теплоизоляционные материалы, виды и свойства их разнообразны, подобрать наиболее подходящий материал для утепления можно без особых проблем. Среди самых популярных и востребованных утеплителей следует отметить:

• Стекловолокно (стекловата)

Материал имеет волокна, которые образуются путём втягивания. Благодаря такой структуре стекловолокно очень прочное, упругое, хорошо справляется с вибрациями, имеет высокий уровень шумоизоляции и прекрасно выполняет задачу сохранения тепла.

Материал вообще не впитывает влагу. Его широко применяют для защиты фасада, утепления деревянных домов, кровли, пола, для облицовки неровных поверхностей.

• Пенополиуретан

Как правило, данный вид утеплителя наносится на поверхность в виде пены, благодаря чему им можно утеплять труднодоступные места (изгибы, щели). Материал обладает низким показателем теплопроводности, устойчив к химическим веществам, применяется для защиты стен, кровли и трубопроводов.

• Минеральная вата

Утеплитель образуется из базальта, волокно которого способно выдерживать высокий температурный режим. Минеральная вата не воспламеняется, безопасна для человеческого организма, не меняет свои свойства под воздействием химически агрессивной среды.

Минеральную вату используют для утепления перекрытий, стен, в конструкциях вентилируемых фасадов и т. п.

• Пенополистирол (пенопласт)

Данное синтетическое изделие принадлежит к классу пластмасс, и состоит из множества пустот, которые заполнены воздухом. Благодаря тому, что материал имеет большой процент содержания воздуха, он обладает высокими теплоизоляционными показателями. Он применяется для утепления перекрытий, полов, стен, крыш и т. п.

Пенопласт выдерживает большие нагрузки при сжатии и не поддаётся воздействию кислот и щелочей.

• Пеноизол

Материал отличается высоким уровнем паропроницаемости и пожаростойкости, тепло- и шумоязоляции. Материал толщиной всего 10 мм по своим показателям по параметрам схож со сплошной стеной кирпичной кладки в 2,5 м.

Благодаря тому, что теплоизоляционные материалы (виды и свойства) снижают затраты на отопление дома, во время их приобретения следует обращать внимание на три основных показателя:

• дата изготовления;
• теплопроводность;
• противопожарные свойства.

7 основных свойств теплоизоляционных материалов

Как и любые строительные материалы, теплоизоляционные материалы обладают определенными свойствами, знание которых необходимо для рационального выбора утеплителя определенной марки при проектировании конструкции и проведения теплотехнических расчетов. Ведь в итоге надежность и долговечность конструкции в значительной степени будут зависеть от комплекса показателей основных свойств утеплителя. Мы попытались определить, каковы эти свойства.

Коротко о главном

Выбор утеплителя производится исходя из условий его «работы» в конструкции. Эти условия будут зависеть от геометрических параметров конструкции, от внешних механических и климатических воздействий на утеплитель, от технологических операций, выполняемых при устройстве теплоизоляции. Учитывая все эти условия, на стадии проектирования определяется наличие у того или иного утеплителя необходимых свойств для обеспечения заданного качества конструкции. Мы попытались выделить основные свойства, и вот к какой логике мы пришли.

Обо всем по порядку

1. Формостабильность

То есть сохранность с течением времени геометрических параметров материала, – это основной фактор, определяющий качество утепления. И вот почему. По итогам ряда независимых лабораторных испытаний было доказано, что потери тепла через щели между теплоизоляционными плитами либо матами могут составлять до 40%. В то же время испытания на долговечность теплоизоляционных материалов в реальной конструкции показали, что материал с течением времени не изменял своего коэффициента теплопроводности. На основании этого было сделано заключение, что к критериям качества теплоизоляции, определяющим долговечность материала в конструкции, в первую очередь следует относить именно сохранение геометрических размеров материала. Именно стабильность формы и размеров материала обеспечивает надежную теплоизоляцию сооружения на заданном уровне в течение заданного времени.

2. Теплопроводность

Одно из главных свойств современных утеплителей. Известно, что различные материалы проводят теплоту по-разному: одни – лучше, например, металлы, другие – хуже, как теплоизоляционные материалы. Теплопроводность зависит от средней плотности и химического состава материала, его структуры, пористости, влажности и средней температуры материала. Общая толщина слоя утеплителя, а, следовательно, и количество приобретаемого утеплителя, зависит от его коэффициента теплопроводности (λ), значение которого обязательно указывается на этикетке. Однако известно, что с повышением влажности теплоизоляционных материалов теплопроводность повышается. Поэтому одним из важных свойств при определении качества теплоизоляции, является 3. сорбционная влажность, поскольку она влияет на коэффициент теплопроводности материала.

К слову, теплоизоляция – это не только защита от холода, но и защита от перегрева. Известно, что затраты на выработку единицы холода в 2 раза выше, чем на выработку единицы тепла.

4. Морозостойкость

Способность материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без существенного повышения коэффициента теплопроводности и признаков потери прочности. Показателя морозостойкости для теплоизоляционных материалов пока не существует, хотя, очевидно, что он необходим, особенно для жителей Севера.

5. Возвратимость

Свойство утеплителя восстанавливать первоначальные форму и толщину после снятия нагрузки называется возвратимостью. Оно обусловлено упругими свойствами структуры теплоизоляционного материала и измеряется в процентах. Например, показатель возвратимости 98%, характерный для большинства изделий из стекловолокна, показывает, что после снятия внешней нагрузки конечная толщина изделия будет составлять 98% (от первоначальной).

6. Акустические свойства

Значение этих свойств теплоизоляционных материалов понятно всем. Лучшими звукопоглощающими свойствами обладают изделия из штапельного стекловолокна, а конструкции, содержащие эти изделия, обладают наилучшими показателями по звукоизоляции.

7. Гибкость

Еще одно важное свойство теплоизоляционных материалов – способность утеплителя огибать криволинейную поверхность. Гибкие утеплители способны огибать поверхности любого радиуса без разрывов слоя, тогда как жесткие утеплители ломаются при утеплении криволинейных поверхностей даже большого радиуса.

На заметку

Теплоизоляционные материалы с точки зрения обеспечения пожарной безопасности характеризуются свойствами горючести. Существуют негорючие (группа НГ) и горючие материалы, которые в свою очередь, подразделяются на Г1 – слабогорючие, Г2 – умеренногорючие, Г3 – нормальногорючие, Г4 – сильногорючие. У теплоизоляционных материалов признанных производителей группы горючести – НГ и Г1. По мнению специалистов, группа горючести материала не является основным критерием для выбора утеплителя, поскольку для конструкции важен класс пожарной опасности. А он определяется на основании натурных испытаний. Очень часто, даже горючие материалы позволяют добиться требуемых показателей пожарной опасности конструкции.

Только определив необходимый для рассматриваемой конструкции набор конструктивных, технологических и эксплуатационных свойств утеплителя, уместно сравнивать значения величин выбранных показателей у разных утеплителей.

© Использование материалов допускается, только при наличии активной ссылки на портал Sibdom.ru

Теплоизоляционные материалы: типы и свойства

Основным требованием к теплоизоляционным материалам является предотвращение передачи тепла. Чем меньше расчетное значение теплопроводности λh, тем лучше теплоизоляционные характеристики материала. Длина, ширина, отклонение от квадратности и плоскостность поверхности теплоизоляционного материала должны изготавливаться в пределах установленных допусков. Кроме того, важны плотность и морфология материала. В то время как для материалов, которые будут использоваться на стенах, требуется минимальная плотность 25 кг/м3, для крыш требуется плотность 30 кг/м3.

Тепло представляет собой энергию и имеет тенденцию перемещаться из области с высокой температурой в область с низкой. Правильно изготовленная, подходящая толщина и эффективная теплоизоляция делаются для экономии энергии за счет уменьшения этого перехода. При этом теплоизоляция;

• Способствует экономии за счет снижения расхода топлива в здании. Исследования показывают, что от 45% до 60% энергии, необходимой для обогрева здания, можно сэкономить с помощью правильной изоляции.
• Обеспечивает тепловой комфорт, ощущение теплового комфорта зависит от температуры воздуха в здании и окружающих поверхностей. В зданиях без теплоизоляции чувствуется холод даже при высокой температуре воздуха. Это связано с эффектом воздушного потока.
• Предотвращает образование конденсата на стенах и потолках. Необходимо соблюдать технику диффузии, чтобы избежать образования конденсата на самом материале; На холодную часть строительного элемента нельзя укладывать пароизоляцию, а на горячую часть нельзя укладывать изоляционный материал.
• Снижает риск образования трещин на поверхности, защищая элементы конструкции от напряжений, вызванных разницей температур.
• Обеспечивает равномерную температуру в помещении при эффективной конструкции системы обогрева.
• Сокращение выбросов таких газов, как CO2, до 45% при снижении расхода топлива играет важную роль в снижении загрязнения воздуха.

Огнестойкость также важна для технически и физически адекватных материалов. Учитывая, что здания могут подвергаться воздействию огня, важна реакция выбранного изоляционного материала на огонь и распространение огня.

СОДЕРЖАНИЕ

Вот список типов теплоизоляционных материалов:

1. Стеклянная шерсть
2. Скальная шерсть
3. EPS (расширенный полистирол — расширенный полистирен)
4. XPS (экстрадированный полистирол — экстрадированный полистирен)
5. . Вспененное стекло
6. Силикат кальция
7. Вспененный меламин
8. Вспененный ПВХ
9. Вспененный фенол
10. Вспененный полиэтилен
11. Вспененный каучук
12. Вспененный полиуретан
13. Минерализованные древесные волокна
14. Конопля
15. Лен
16. Аэрогель
17. Вакуумная изоляционная панель (VIP-вакуумные изоляционные панели)

Материалы , используемые в теплоизоляции, имеют следующие свойства:

1. Стекловата

Стекловата – теплозвукоизоляционный материал, получаемый путем плавления кварцевого песка неорганического происхождения при температуре 1200°С – 1250°С и превращения его в волокно.

Различного размера и плотности в зависимости от типа использования; Может выпускаться в виде литого, трубного, листового и матрацного с добавками. Расчетное значение теплопроводности λh = 0,035-0,050 Вт/мК, коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ = 1 и температура эксплуатации от -50°C до +250°C. Также может производиться специальная стекловата с рабочей температурой от -200°C до +450°C. Он не теряет своих свойств с течением времени и является негорючим материалом класса А1 (пожаробезопасный) или А2 (трудногорючий) по TS EN 13501-1. Производится в соответствии с ТУ 901 EN 13162 10. Во избежание образования конденсата между стекловатой и гипсокартоном помещается алюминиевая фольга с очень высоким коэффициентом сопротивления диффузии водяного пара. Этот тип применения называется «плита из стекловаты, покрытая гипсокартоном с одной стороны и алюминиевой фольгой между ними». Плиты наклеиваются путем свинчивания или склеивания.

2. Минеральная вата

Это тепло-, звуко- и огнеизоляционный материал, который плавится при температуре 1400°C – 1600°C и превращается в волокна неорганических камней, таких как доломит, базальт и диабаз. Производится в виде плит, труб, матрацев и отливок в зависимости от назначения. Расчетное значение теплопроводности λh = 0,035-0,050 Вт/мК, коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ = 1 и температура эксплуатации от -50 °C до + 750 °C.

Стойкость к химическим воздействиям ниже, чем у стекловаты. не теряет своих свойств со временем; Это негорючий материал класса А1 или А2. Размер не изменяется при изменении температуры. Производится в соответствии с TS 901 EN 13162 10.

Одним из применений каменной ваты является «Внешняя плита». Это применение обеспечивает пожарную безопасность в тепло-, звукоизоляции и вентилируемых фасадах. Плиты из минеральной ваты, одна сторона которых покрыта алюминиевой фольгой или стеклотюлью, укладываются на железобетонную поверхность с облицовкой фасада.

3. EPS (Expanded Polystyrene – Пенополистирол)

Расчетное значение теплопроводности λh = 0,030-0,040 Вт/мК, коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ = 80 – 250 и рабочая температура от -50 °C – +75°С. Не имеет капиллярной впитывающей способности. Не промокает благодаря закрытой пористой структуре.

Не теряет своих характеристик со временем и может производиться нужной плотности. Он устойчив к давлению, и его прочность на сжатие увеличивается с плотностью. Это не хрупкий материал. Теряет свои свойства при горении при температуре выше 80°С, относится к классу огнестойкости D или E.

Кроме тепло- и звукоизоляции зданий; Он используется в швах, пустотелых блоках, производстве композитных плит и изоляционной штукатурки.

4.XPS (экструдированный полистирол – экструдированный полистирол)

XPS производится из полистирольного сырья методом экструзии; Это теплоизоляционный материал с низкой теплопроводностью, закрытыми порами, воздухопроницаемый, не меняет форму со временем, обладает высокой прочностью на сжатие и не гниет. XPS имеет аналогичные свойства с теплоизоляционным материалом EPS, но EPS поглощает 2-4% влаги, а XPS поглощает 0,3% влаги. Эта ситуация отрицательно влияет на теплопроводность.

Расчетное значение теплопроводности λh = 0,030-0,040 Вт/мК, коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ = 80 – 250 и рабочая температура от -50 °C до + 75 °C. Не имеет капиллярной впитывающей способности, не поглощает воду и имеет класс огнестойкости D или E. Производится в соответствии с TS 11989 EN 13164.

5. Пеностекло

Пеностекло, полученное путем плавления порошкового стекла вместе с углеродом, очень твердое, с высокой прочностью на сжатие , легко ломающийся, паронепроницаемый (μ = 10000) изоляционный материал.

Его расчетное значение теплопроводности λh = 0,045-0,060 Вт/мК, это негорючий материал с классом пожарной безопасности А1-А2. Рабочая температура составляет от -260 ° C до + 430 ° C. Не впитывает воду и не является капиллярным из-за закрытых пор. Он не портится со временем и устойчив к химическому воздействию. Производится в соответствии с TS EN 13167.

6. Силикат кальция

Это изоляционный материал, состоящий из комбинации пемзы и извести с высоким содержанием кремнезема. Обладает высокой устойчивостью к давлению и подходит для противопожарной изоляции (имеются типы, выдерживающие 1100°C).

7. Меламиновая пена

Меламиновая пена, обеспечивающая хорошую звукоизоляцию (α, коэффициент звукопоглощения: 0,30-1,20) и теплоизоляцию (λh = 0,034 Вт/мК), является изоляционным материалом, предпочтительным для использования в здания с его декоративными свойствами. Температура использования варьируется от -60 ° C до + 150 ° C.

8. Вспененный ПВХ

Это термопластичный материал на основе поливинилхлорида. Он может быть твердым, полутвердым или мягким по мере необходимости. Твердые – хрупкие, мягкие – эластичные. Он устойчив к коррозии и начинает размягчаться при 50 – 60°С.

9. Фенольная пена

Фенольная пена, термопластичный материал, может быть получена с низкой (30-60 кг/м3) и высокой (80-120 кг/м3) плотностью путем добавления в фенол неорганических пенообразователей и отвердителей. -формальдегидный бакелит. Термостойкость – одна из лучших среди пеноматериалов (до 150°С). Он дает усадку при высокой температуре, его прочность на сжатие низкая. При погружении в воду он занимает 9% своего объема за 14 дней. Не плесневеет, может разъедать металлы. Расчетное значение теплопроводности λh = 0,018-0,032 Вт/мК.

10. Вспененный полиэтилен

Материал на основе пластика, изготовленный из этилена и пропилена. Он эластичен, водонепроницаем благодаря высокому сопротивлению диффузии водяного пара и имеет низкую теплопроводность. Используется для защиты от тепла, ударного шума и гидроизоляции.

11. Эластомерная резиновая пена

Эластомерная резиновая пена на основе резиновой пены обеспечивает хорошую теплоизоляцию и контроль конденсации благодаря высокому коэффициенту диффузии пара. Расчетное значение теплопроводности находится в пределах λh = 0,034-0,038 Вт/мК. Так как водорастворимых частей в его структуре меньше указанного уровня, риск коррозии низок.

12. Пенополиуретан

Это теплоизоляционный материал на основе пластика, который вспенивается и затвердевает с помощью воздуха и смешивания полиола и изоцианурата. Поскольку это термореактивный пластик, его нельзя перерабатывать или использовать повторно. Расчетное значение теплопроводности составляет λh = 0,016-0,032 Вт/мК, а температура использования составляет от -180 °C до +110 °C. с 1989. Однако его можно использовать в зданиях бесплатно.

13. Минерализованные древесные волокна

Звуко- и теплоизоляционный материал, устойчивость которого к внешним воздействиям повышается за счет минерализации древесных материалов. Органические соединения превращаются в неорганические формы в процессе минерализации. Расчетное значение теплопроводности λh = 0,060-0,107 Вт/мК.

14. Конопля

Теплоизоляционный материал из конопли; Он используется путем смешивания с полиэфирным волокном и огнезащитными добавками для быстрорастущего, дающего более одного урожая в год, растения каннабиса, не требующего удобрений. Расчетное значение теплопроводности λh = 0,038-0,060 Вт/мК. Его необходимо защитить, чтобы коэффициент теплопроводности не увеличивался при повышении влажности и не повреждался насекомыми.

15. Лен

Волокна льна получают из древнего растения льна, которое содержит большое количество целлюлозы.

Хорошая воздухопроницаемость льняных волокон свидетельствует о его теплоизоляционных свойствах, а эластичность волокон свидетельствует о его звукоизоляционных свойствах. Расчетное значение теплопроводности находится в пределах λh = 0,038-0,075 Вт/мК. Соли бора используются для повышения огнестойкости. При обработке не выделяет ядовитых газов.

16. Аэрогель

Нанотехнологический материал, разработанный в лаборатории Сэмюэлем С. Кистлером в 1930-х годах, был определен как «самое легкое твердое вещество на земле» с содержанием воздуха 95-99,9%. Он обеспечивает высокую тепло- и звукоизоляцию, так как молекулы воздуха внутри не могут двигаться. Расчетное значение теплопроводности λh = 0,018 Вт/мК.

Обладает гидрофобными свойствами и защищает конструкцию от влаги и плесени; В конце срока службы выходит только песок. Поэтому это долговечный материал. Исследования показали, что они способны выдерживать температуру 1300°C до 30 минут.

17. Панель с вакуумной изоляцией (VIP-панели с вакуумной изоляцией)

Высокоэффективная панель с вакуумной изоляцией формируется путем вакуумирования с дегазирующим материалом или путем помещения ее только во внешнюю оболочку, в зависимости от пористой сердцевины. Его расчетное значение теплопроводности составляет λh = 0,004 Вт/мК, и он до 10 раз эффективнее традиционных теплоизоляционных материалов . Хотя это еще одно преимущество его использования в течение многих лет; Некоторые из недостатков заключаются в том, что панели подходят для перфорации, что их нельзя легко разрезать и подогнать по размеру на строительной площадке, что они водонепроницаемы и вызывают конденсацию.

Свойства изоляционных материалов | Характеристики

Теплоизоляция основана на использовании веществ с очень низкой теплопроводностью и низким поверхностным коэффициентом излучения. Важно отметить, что факторы, влияющие на производительность, могут изменяться с течением времени по мере изменения возраста материала или условий окружающей среды. Ключевые свойства изоляционных материалов :

• Теплопроводность. Теплопроводность, , измеряемая в Вт/мК, описывает, насколько хорошо материал проводит тепло. Обратите внимание, что Закон Фурье применим ко всем веществам, независимо от их состояния (твердое, жидкое или газообразное). Поэтому он также определен для жидкостей и газов. Это количество тепла (в ваттах), передаваемое через квадрат материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур. Чем ниже теплопроводность материала, тем больше способность материала сопротивляться теплопередаче и, следовательно, выше эффективность изоляции. Как правило, газы имеют низкую теплопроводность (например, воздух имеет 0,025 Вт/мК), а металлы — высокие значения (например, медь имеет 400 Вт/мК). Обычно используемые изоляторы, как правило, имеют теплопроводность от 0,019Вт/мК и 0,046 Вт/мК.
• Значение R – тепловое сопротивление. Значение R (коэффициент теплоизоляции) является мерой теплового сопротивления. Чем выше значение R, тем выше эффективность изоляции. Теплоизоляция имеет единицы [(м ² .K)/Вт] в единицах СИ или [(ft ² ·°F·ч)/БТЕ] в имперских единицах. Это тепловое сопротивление единицы площади материала. Значение R зависит от типа изоляции, ее толщины и плотности. Для определения теплопередачи необходимы площадь и разность температур. В строительной отрасли используются единицы, такие как Значение R (сопротивление) , которое выражается как толщина материала, приведенная к коэффициенту теплопроводности. В однородных условиях это отношение разности температур на изоляторе и плотности теплового потока через него: R(x) = ∆T/q. Чем выше значение R, тем больше материал препятствует передаче тепла. Как видно, сопротивление зависит от толщины изделия.
• Коэффициент теплопередачи.   Коэффициент теплопередачи описывает, насколько хорошо материал проводит тепло. Тепловое пропускание является обратным значением R (т. е. 1/R), и чем ниже значение U, тем лучше изоляция. Значение U определяется выражением, аналогичным закону охлаждения Ньютона.
• Излучательная способность поверхности. Как было сказано, теплообмен через любую из этих изоляционных систем может включать несколько режимов: теплопроводность через твердые материалы, теплопроводность или конвекция по воздуху в пустотах и ​​обмен излучением между поверхностями твердой матрицы. Поэтому коэффициент излучения материала также играет очень важную роль. коэффициент излучения, ε , поверхности материала представляет собой его эффективность в испускании энергии в виде теплового излучения и варьируется от 0,0 до 1,0. Излучательная способность — это просто коэффициент, на который мы умножаем теплопередачу черного тела, чтобы считать, что черное тело является идеальным случаем. Поверхность черного тела излучает тепловое излучение со скоростью примерно 448 Вт на квадратный метр при комнатной температуре (25 ° C, 298,15 K). Реальные объекты с коэффициентом излучения менее 1,0 (например, алюминиевая фольга) излучают излучение с соответственно более низкой мощностью (например, 448 x 0,07 = 31,4 Вт/м 9 ).0214 2 ).
• Огнестойкость . Теплоизоляционные материалы должны иметь класс огнестойкости, и эта классификация важна, поскольку она может повлиять на применение изоляционных материалов. Обычно за классификацией огнестойкости следует ограничение времени в минутах 15, 30, 45, 60, 90, 120, 180, 240 или 360, которое показывает время, в течение которого критерии эффективности выполняются во время стандартного испытания на огнестойкость.

Изоляционные материалы

Как было написано, теплоизоляция основана на использовании веществ с очень низкой теплопроводностью . Эти материалы известны как изоляционные материалы . Распространенными изоляционными материалами являются шерсть, стекловолокно, минеральная вата, полистирол, полиуретан, гусиное перо и т. д. Поэтому эти материалы очень плохо проводят тепло и являются хорошими теплоизоляторами.

Следует добавить, что теплоизоляция в первую очередь основана на очень низкой теплопроводности газов. Газы обладают плохой теплопроводностью по сравнению с жидкостями и твердыми телами и, таким образом, являются хорошим изоляционным материалом, если их можно уловить (например, в пенообразная структура ). Воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами. Но главное преимущество в отсутствии конвекции . Таким образом, многие изоляционные материалы (например, полистирол) функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов, которые предотвращают крупномасштабную конвекцию . Во всех типах теплоизоляции удаление воздуха из пустот еще больше снижает общую теплопроводность изолятора.

Чередование газового кармана и твердого материала вызывает передачу тепла через много интерфейсов, вызывает быстрое снижение коэффициента теплопередачи.

Следует отметить, что потери тепла от более горячих объектов происходят по трем механизмам (по отдельности или в комбинации):

• Теплопроводность
• Тепловая конвекция
• Тепловое излучение 9002

4 902 не обсуждали тепловое излучение  как способ потери тепла . Радиационный теплообмен опосредуется электромагнитным излучением , и, следовательно, не требует никакой среды для передачи тепла. Передача энергии излучением происходит быстрее всего (со скоростью света) и не испытывает затухания в вакууме. Любой материал с температурой выше абсолютного нуля выделяет около лучистой энергии . Большая часть энергии этого типа находится в инфракрасной области электромагнитного спектра, хотя некоторая ее часть находится в видимой области. Материалы с низкой излучательной способностью (высокой отражательной способностью) следует использовать для уменьшения этого типа теплопередачи. Отражающая изоляция обычно состоит из многослойных параллельных фольг с высокой отражательной способностью, расположенных на расстоянии друг от друга, чтобы отражать тепловое излучение к их источнику. Коэффициент излучения, ε , поверхности материала представляет собой его эффективность в излучении энергии в виде теплового излучения и варьируется от 0,0 до 1,0. Как правило, полированные металлы имеют очень низкий коэффициент излучения и поэтому широко используются для отражения лучистой энергии к ее источнику, как в случае одеял первой помощи .

Критическая толщина изоляции

В плоской стене область, перпендикулярная направлению теплового потока, добавление дополнительной изоляции к стене всегда снижает теплопередачу. толще изоляция , ниже коэффициент теплопередачи , и это потому, что внешняя поверхность всегда имеет одинаковую площадь .

Но в цилиндрических и сферических координатах добавление изоляции также увеличивает внешнюю поверхность , что снижает сопротивление конвекции на внешней поверхности. Более того, в некоторых случаях уменьшение сопротивления конвекции из-за увеличения площади поверхности может оказаться более важным, чем увеличение сопротивления проводимости из-за более толстой изоляции. В результате общее сопротивление может уменьшиться, что приведет к увеличению теплового потока.

Толщина , до которой тепловой поток увеличивается и после которой тепловой поток уменьшается, называется критической толщиной . В случае цилиндров и сфер он называется критическим радиусом . Критический радиус изоляции может быть получен в зависимости от теплопроводности изоляции k и коэффициента теплопередачи внешней конвекции h.

См. также:  Критический радиус изоляции

Пример – Потери тепла через стену

Основным источником потерь тепла из дома являются стены. Рассчитайте скорость теплового потока через стену 3 м х 10 м на площади (А = 30 м ² ). Стена имеет толщину 15 см (L ₁ ) и выполнена из кирпича с теплопроводностью k ₁ = 1,0 Вт/м·К (плохой теплоизолятор). Предположим, что температура внутри и снаружи помещения составляет 22°С и -8°С, а коэффициенты конвективной теплоотдачи на внутренней и внешней сторонах равны h ₁ = 10 Вт/м ² К и h ₂ = 30 Вт/м ² К соответственно. Обратите внимание, что эти коэффициенты конвекции сильно зависят от внешних и внутренних условий (ветер, влажность и т. д.).

1. Рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту неизолированную стену.
2. Теперь предположим теплоизоляцию на внешней стороне этой стены. Использовать утеплитель из пенополистирола толщиной 10 см (L ₂ ) с теплопроводностью k ₂ = 0,03 Вт/м.К и рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту композитную стену.

Решение:

Как уже было сказано, многие процессы теплопередачи включают составные системы и даже включают комбинацию теплопроводности и конвекции. Часто бывает удобно работать с общим коэффициентом теплопередачи , , известным как U-фактор , с этими композитными системами. U-фактор определяется выражением, аналогичным Закон охлаждения Ньютона :

Общий коэффициент теплопередачи связан с общим тепловым сопротивлением и зависит от геометрии задачи.

1. голая стена

Предполагая одномерную теплопередачу через плоскую стенку и пренебрегая излучением, общий коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:

Общий коэффициент теплопередачи Тогда 0004 равно:

U = 1 / (1/10 + 0,15/1 + 1/30) = 3,53 Вт/м ² К

Тогда тепловой поток можно рассчитать просто как: Вт/м ² К] x 30 [К] = 105,9 Вт/м ²

Суммарные потери тепла через эту стену составят:

q _потери = q . A = 105,9 [Вт/м ² ] x 30 [м ² ] = 3177 Вт

2. композитная стена с теплоизоляцией

Предполагая одномерную теплопередачу через плоскую композитную стену, контактное тепловое сопротивление отсутствует , и пренебрегая излучением, общий коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:

Тогда общий коэффициент теплопередачи равен:

U = 1 / (1/10 + 0,15/1 + 0,1/0,03 + 1/30) = 0,276 Вт/м ² K

Тепловой поток можно рассчитать следующим образом:

q = 0,276 [Вт/м ² K] x 30 [K] = 8,28 Вт/м потери тепла через эту стену составят:

q _потери = q . А = 8,28 [Вт/м ² ] x 30 [м ² ] = 248 Вт

Как видно, добавление теплоизолятора приводит к значительному снижению тепловых потерь. Необходимо добавить, что добавление очередного слоя теплоизолятора не дает столь высокой экономии. Это лучше видно из метода термического сопротивления, который можно использовать для расчета теплопередачи через композитных стен . Скорость устойчивого теплообмена между двумя поверхностями равна разности температур, деленной на общее тепловое сопротивление между этими двумя поверхностями.

 

Ссылки:

Теплопередача:

1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
2. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
3. Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 из 3. Май 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд. , Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
3. WM Stacey, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
4. Гласстоун, Сезонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-й выпуск, 1994, ISBN: 978-0412985317
5. WSC Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
7. Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерных реакторов, 1988 г.
8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 9.78-2759800414.

Advanced Reactor Physics:

1. К.