Сравнения и расчеты теплопроводности

Сравнения и расчеты теплопроводности

Сравнение эффективности популярных материалов-утеплителей.

В домах современного типа наибольшие потери тепла происходят через стены. Согласно СНиП 23-01-99 теплосопротивление стен жилых и производственных зданиий, в среднем по России, должно иметь значение не ниже R=3,0.

Теплосопротивление (R=м² * °С / Вт) стены зависит от материала, из которого она сделана.

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.

Разновидность и показатели пенопласта

Строительный рынок предлагает большой выбор утеплительного материала. Пенопласт имеет низкую теплопроводность. Но этот показатель может меняться, в зависимости от разновидности полистирола. Если сравнивать с другими утеплителями, можно сделать определенные выводы. Например, лист пенопласта плотностью 50-60 мм можно заменить большим объемом минеральной ваты. Материал плотностью 100 мм можно заменить вспененным полистиролом с показателями 123 мм. Характеристики этих видов утеплителей немного схожи. Поэтому и разбежность небольшая. Показатели пенопласта превышают и характеристики базальтовой ваты.

Второстепенные свойства пенопласта – используем с умом

Пенополистирол, помимо низкой теплопроводности, обладает еще одним замечательным качеством, которое широко используется в бытовом строительстве. Коэффициент звукопоглощения материала достигает от 0,18 до 0,58 при разных частотах звуковых колебаний. Поскольку пенопласт – это пористый материал с миллиардами ячеек, заполненных воздухом, звуковые волны, проходя сквозь этот материал, рассеиваются и теряют свою силу. Фактически звуковая энергия преобразовывается в тепловую.

Для обеспечения звукоизоляции достаточно слоя материала толщиной всего в несколько сантиметров. Так что утепляя квартиру изнутри, вы защищаете свой дом от соседского шума. Однако стоит помнить, что наиболее оптимальная звукоизоляция достигается только путем применения нескольких материалов с разными свойствами. Прочность – еще одна характеристика, о которой стоит упомянуть.

Материал неустойчив к точечным механическим повреждениям, однако имеет достаточно высокую прочность на изгиб и сжатие. Именно благодаря этому качеству возможно использование материала в процессе утепления пола.

Пенопласт – материал весьма долговечный при определенных условиях. Обеспечить их достаточно просто – нужно лишь изолировать пенополистирол от воздействия прямых солнечных лучей. Именно ультрафиолет способен ускорить процесс разложения гранул. Поэтому материал при наружном утеплении следует в обязательном порядке покрывать слоем защитной штукатурки.

Предел температур для пенополистирола в нижней границе составляет -1800 °С, а в верхней +800 °С. Пенопласт может также выдержать непродолжительное влияние (несколько минут) +950 °С. Синтетическое происхождение материала делает его неуязвимым для процессов гниения. Как утверждают многие производители, при обеспечении оптимальных условий пенополистирол может прослужить от 25 до 50 лет.

Пожароустойчивость – существует миф, что пенопласт является горючим материалом. При этом авторы этого мифа (в основном – производители конкурирующих утеплителей) забывают сказать, что температура самовоспламенения у пенополистирола достигает +4910 °С, что практически в два раза выше, чем у древесины. Более того, пенопласт не поддерживает горения и при отсутствии иного источника огня затухает в течение нескольких секунд – оплавленные слои попросту не дают более глубоким гореть. Если же вы действительно переживаете о пожаробезопасности вашего дома, то советуем в таком случае приобретать плиты, содержащие антипирены.

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.

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 1м 2 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/м 3 . 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.

Трудность выбора

Кто-то может возразить, что это некорректное сравнение. Нельзя сравнивать материалы, настолько разные по своему происхождения и внутреннему составу. Хорошо. Тогда сравним современные утеплители: минеральные (базальтовые), вспененный и экструдированный пенополистиролы, пенополиуретан.

Проводимое сравнение явно не в пользу плит и матов из волокнистых материалов. Их теплоёмкость почти в 1,5 раза больше, чем у пенопласта. Это сразу понижает их потребительскую ценность и ставит на нижнюю степень по этому показателю.

Сравнить теплопроводность экструдированного пенополистирола и пенопласта достаточно затруднительно. Физически и математически показатели очень близки. Признавая лидерство, имеющего более низкий коэффициент теплопроводности экструдированного пенополистирола, вспененный полистирол отвечает ему своим преимуществом – ценой. Разницу в 4 сотых единицы указанного коэффициента, вспененный полистирол перекрывает ценой, которая в 4 раза ниже, чем у именитых конкурентов.

Даже при сравнении теплопроводности пенополиуретана и пенопласта можно сказать о том, что вспененный пенополистирол «хорошо держит удар». Коэффициент теплопроводности пенополиуретана только на 30% меньше, чем у вспененного полистирола. А цена… Не стоит забывать о том, что его монтаж требует определённой квалификации, оборудования. Что потребует дополнительных затрат. Утепление дома пенопластом можно провести своими руками.

Так что есть над чем поразмышлять, прежде чем сделать выбор утеплителя.

От чего зависит теплопроводность ппс, сравнение с пенопластом

Экструдированный пенополистирол – материал с низкой теплопроводностью, что обусловлено его пористой структурой, способствующей сохранению тепловой энергии. Технология производства основана на смешивание гранул при высокой температуре, с последующей прессовкой, за счет чего получается довольно плотный материал с закрытой пористой структурой и мелкими гранулами. При этом теплопроводность пенополистирола, изготовленного экструзивным методом, составляет 00,028–0,034 Вт/(м·K). Этот показатель существенно ниже, чем у других утеплителей.

В целом показатель теплопроводности зависит от плотности материала. По сравнению с коэффициентом теплопроводности пенополаста, у пенополистирола он ниже. При этом его плотность существенно выше (100 кг/м3), чем у пенопласта (30 кг/м3). Обусловлено это и тем, что ячейки пенопласта заполнены газом, а у ппс – воздухом, который не испаряется, соответственно сохраняет внутри себя тепловую энергию независимо от климатических условий.

Низкая теплопроводность связана также с его строением. В нем малый объем твердого вещества, менее трех процентов. Размеры ячеек варьируются от 0,1 до 0,2 мм, соответственно меньше и размеры гранул. А чем они мельче и равномернее, тем выше качественные показатели материала.

Это связано с технологией производства, в случае с пенопластом она основана на соединение гранул за счет теплового расширения (исходное сырье обрабатывается сухим паром). В результате получается материал с неоднородными ячейками и крупными гранулами, которые скреплены между собой не очень сильно.

Именно поэтому пенопласт существенно отстает по прочности, соответственно и может пропускать тепло. Хотя за последние годы производители предлагают пенопласт, изготовленный экструзивным методом, который по показателям плотности (30, 50 кг/м3) и теплопроводности (около 0,002 Вт/(м·K)) мало отстает от ППС.

В целом показатель теплопроводности пенополистирола хоть и незначительно, но может варьироваться, в зависимости от марки материала, которая определяется технологией изготовления:

• Беспрессовый.
• Прессовый.
• Экструзионный.
• Автоклавный.
• Автоклавно-экструзионный.

Каждый вид отличается плотностью, при этом самая низкая теплопроводность у пенополистирола, удельный вес которого составляет около 30 кг/м3, но в среднем данный показатель варьируется в пределах 0,031 — 0,035 Вт/м·К.

Сравнение утеплителей. Таблица теплопроводности

Сравнение пеноблока, минваты и пенопласта по теплопроводности

Представленная выше таблица сравнения теплоизоляции по теплопроводности дает полную картину, о том, какой лучше всего использовать материал. Остается лишь сравнить данные таблицы теплопроводности со стоимостью теплоизоляции у поставщиков. При этом следует точно рассчитать необходимую толщину утепления при использовании различных материалов, чтобы подобрать необходимое количество материала.