Показатели теплопроводности экструдированного и обычного пенополистирола

Климат в России очень холодный, поэтому практически любой дом, построенный за городом, приходится утеплять. Для этого можно использовать самые разные материалы. Одним из наиболее популярных является пенополистирол. Монтируется этот утеплитель элементарно. Коэффициент же теплопроводности у него ниже, чем у любого другого современного изолятора.

Что представляет собой пенополистирол

Изготавливается этот материал примерно по тому же принципу, что и любые другие вспененные утеплители. Сначала в специальную установку наливается жидкий стирол. После добавления в него особого реагента происходит реакция с выделением большого количества пены. Готовая вспененная густая масса до застывания пропускается через формовочный аппарат. В результате получаются листы материала с огромным количеством мелких воздушных камер внутри.

Такая структура плит и объясняет высокие изоляционные качества пенополистирола. Ведь воздух, как известно, тепло сохраняет очень хорошо. Существуют виды пенополистирола, в ячейках которых содержатся и другие газы. Однако самыми эффективными изоляторами все же считаются плиты именно с воздушными камерами.

Входящие в структуру пенополистирола ячейки могут иметь размер от 2 до 8 мм. На их стенки при этом приходится примерно 2% массы материала. Таким образом, пенополистирол на 98% состоит из воздуха.

Что такое теплопроводность

Узнать, насколько хорошо тот или иной материал способен сохранять тепло, можно по коэффициенту его теплопроводности. Определяют этот показатель очень просто. Берут кусок материала площадью в 1 м2 и толщиной в метр. Одну из его сторон нагревают, а противоположную ей оставляют холодной. При этом разница температур должна быть десятикратной. Далее смотрят какое количество тепла достигнет холодной стороны за один час. Измеряют теплопроводность в ваттах, разделенных на произведения метра и градуса (Вт/мК). При покупке пенополистирола для обшивки дома, лоджии или балкона обязательно следует посмотреть на этот показатель.

От чего зависит теплопроводность

Способность пенополистирольных плит сохранять тепло зависит в основном от двух факторов: плотности и толщины. Первый показатель определяется по количеству и размеру воздушных камер, составляющих структуру материала. Чем плотнее плита, тем больший коэффициент теплопроводности у нее будет.

Зависимость от плотности

В таблице ниже можно посмотреть каким именно образом теплопроводность пенополистирола зависит от его плотности.

Представленная выше справочная информация, однако, скорее всего, может пригодиться только владельцам домов, использовавшим пенополистирол для утепления стен, пола или потолка довольно-таки давно. Дело в том, что при изготовлении современных марок этого материала производители используют специальные графитовые добавки, в результате чего зависимость теплопроводности от плотности плит сводится практически на нет. В этом можно убедиться, взглянув на показатели в таблице:

Зависимость от толщины

Разумеется, чем толще материал, тем лучше он сохраняет тепло. У современного пенополистирола толщина может колебаться в пределах 10-200 мм. По этому показателю его принято классифицировать на три больших группы:

1. Плиты до 30 мм. Этот тонкий материал обычно используется при утеплении перегородок и внутренних стен зданий. Коэффициент его теплопроводности не превышает 0.035 Вт/мК.
2. Материал толщиной до 100 мм. Пенополистирол этой группы может применяться для обшивки как внешних, так и для внутренних стен. Тепло такие плиты сохраняют очень хорошо и с успехом используются даже в регионах страны с суровым климатом. К примеру, материал толщиной 50 мм имеет теплопроводность в 0.031-0.032 Вт/Мк.
3. Пенополистирол толщиной более 100 мм. Такие габаритные плиты чаще всего используются для изготовления опалубок при заливке фундаментов на Крайнем Севере. Теплопроводность их не превышает 0.031 Вт/мК.

Расчет необходимой толщины материала

Точно вычислить толщину необходимого для утепления дома пенополистирола довольно-таки сложно. Дело в том, что при выполнении этой операции следует учитывать массу самых разных факторов. К примеру, таких, как теплопроводность материала, выбранного для сооружения утепляемых конструкций и его разновидность, климат местности, тип облицовки и пр. Однако примерно рассчитать необходимую толщину плит все-таки можно. Для этого понадобятся следующие справочные данные:

• показатель требуемого теплосопротивления ограждающих конструкций для данного конкретного региона;
• коэффициент теплопроводности выбранной марки утеплителя.

Собственно сам расчет производится по формуле R=p/k, где p — толщина пенопласта, R — показатель теплосопротивления, k — коэффициент теплопроводности. К примеру, для Урала показатель R равен 3,3 м2•°C/Вт. Допустим, для утепления стен выбран материал марки EPS 70 с коэффициентом теплопроводности 0.033 Вт/мК. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом:

• 3.3=p/0.033;
• p=3.3*0.033=100.

То есть толщина утеплителя для наружных ограждающих конструкций на Урале должна составлять минимум 100 мм. Обычно владельцы домов холодных регионов обшивают стены, потолки и полы двумя слоями пенополистирола на 50 мм. При этом плиты верхнего слоя располагают таким образом, чтобы они перекрывали швы нижнего. Таким образом можно получить максимально эффективное утепление.

Экструдированный пенополистирол

Обычный утеплитель этого типа маркируется буквами EPS. Вторая разновидность материала — экструдированный пенополистирол обозначается буквами XPS. Отличаются такие плиты от обычных, прежде всего, структурой ячейки. Он у них не открытая, а закрытая. Поэтому экструдированный пенополистирол гораздо меньше простого набирает влагу. То есть способен сохранять свои теплоизоляционные качества в полной мере даже под воздействием самых неблагоприятных факторов внешней среды. Коэффициент теплопроводности экструдированного пенополистирола в зависимости от марки может составлять 0.027-0.033 Вт/мК.

Сравнение утеплителей

Таким образом, экструдированный и обычный пенополистирол считаются у владельцев загородных участков едва ли не самыми лучшими видами утеплителя. Ниже представляем вашему вниманию таблицу с коэффициентами теплопроводности других видов изоляторов.

Как видите, лучше пенополистирола, коэффициент теплопроводности которого составляет 0.031-0.033 Вт/мК, стены, потолки и полы можно утеплить только пенополиуретаном. Однако последний стоит очень дорого. К тому же при его нанесении используется специальное конструктивно сложное оборудование. А следовательно, наилучшим вариантом изолятора в плане способности сохранять тепло на данный момент является все же именно пенополистирол.

• Автор: Андрей Витальевич Васильев
• Распечатать

Оцените статью:

(10 голосов, среднее: 3. 5 из 5)

Поделитесь с друзьями!

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.

Определение влияния изменения коэффициента теплопроводности пенополистирола в зависимости от плотности и температуры на оптимальную толщину изоляции

Определение влияния изменения коэффициента теплопроводности ЭПС в зависимости от плотности и температуры на оптимальную толщину изоляции

• Кору Мурат

;

• Коркмаз, Эргюн

;

• Кан, Мехмет

Аннотация

Теплоизоляция является одним из наиболее эффективных способов экономии энергии при отоплении и охлаждении зданий. С точки зрения энергосбережения и обеспечения теплового комфорта выбор изоляционного материала и определенная оптимальная толщина изоляции имеют решающее значение. Было проведено множество исследований, чтобы установить идеальную толщину изоляции. Коэффициент теплопроводности (k) изоляционного материала получен непосредственно из стандартных таблиц в этом исследовании, и рассчитана наилучшая толщина изоляции. Значение k изоляционного материала варьируется в реальных приложениях в зависимости от производственных условий, плотности и температуры. Поэтому необходимо учитывать плотность изоляционного материала, а также рабочую температуру. В результате при выборе идеальной толщины изоляции следует учитывать плотность изоляционного материала и рабочую температуру. В качестве изоляционного материала, использованного в этом исследовании, использовался пенополистирол (EPS) различной плотности, а в качестве топлива использовались уголь и природный газ. Для провинции Испарта оптимальная толщина изоляции в зависимости от плотности и температуры была установлена ​​с использованием метода градусо-дня, основанного на затратах энергии. В результате расчетов k, сухого значения теплоизоляционного материала для провинции Испарта, находящейся в третьем климатическом поясе, оптимальная толщина изоляции была установлена ​​равной 0,0428 м для пенополистирола плотностью 30 кг⋅м 9 .0015 −3 . Определено, что годовая экономия составляет 52,36 %, а срок окупаемости – 2,7 года.

Публикация:

Международный журнал теплофизики

Дата публикации:

Сентябрь 2022

DOI:

10.1007/с10765-022-03071-4

Биб-код:

2022IJT. …43..143K

Ключевые слова:

• Анализ затрат;
• Плотность;
• Оптимальная толщина изоляции;
• Срок окупаемости;
• Температура;
• Коэффициент теплопроводности

Измерение теплопроводности изоляции

Как я уже упоминал ранее, В настоящее время я одержим теплоизоляцией, которую я буду использовать снаружи моего дома.

Я проверил , что он должен быть безопасным с точки зрения горючести (ссылка), но вопрос, как он себя поведет термически, остается.

Изоляционный продукт , который я выбрал (Kingspan K5), обладает действительно исключительными характеристиками. Это позволяет мне обшить дом 100 мм толщиной К5 и добиться того же уровня изоляции, что и 160 мм пенополистирола (EPS).

В этой статье я описываю испытания, которые я провел, чтобы показать, что изоляция K5 действительно соответствует указанному уровню изоляции на практике.

Теплопроводность через пенопласты с закрытыми порами

Тепло проходит через материалы с использованием трех механизмов: теплопроводности, конвекции и излучения.

Пенопласты с закрытыми порами , в которых герметичные «ячейки» газа окружены твердыми «стенками», подавляют все три метода теплопередачи.

• Теплопроводность через твердое тело уменьшается, поскольку уменьшается площадь поперечного сечения твердого тела, через которое может проходить тепло.
  • Проведение через тонкие стенки клеток.
• Проводимость газа внутри клеток очень низкая
  • Теплопроводность газов намного меньше, чем у твердых тел.
• Конвекция в газе внутри ячеек запрещена, потому что каждая ячейка имеет лишь крошечный температурный градиент поперек нее
  • Меньшие «ячейки» сильнее препятствуют конвекции.
• Излучение через каждую клетку подавляется, потому что каждая излучающая поверхность видит поверхность почти одинаковой температуры.
  • Меньшие «клетки» более сильно подавляют перенос излучения

Пена, оптимизированная для низкой теплопередачи будет иметь очень мало твердых частиц и состоять в основном из газовых ячеек. Но такая пена будет очень хрупкой.

Таким образом, практичные строительные материалы уравновешивают размер ячеек и толщину стенок, чтобы производить достаточно прочные и не слишком дорогие в производстве материалы.

В этой статье (ссылка) из 10-й Международной конференции по центральному отоплению и охлаждению обобщаются свойства пенополиуретана (ПУ), влияющие на его тепловые характеристики. Я суммировал расчеты на рисунке ниже. 93)

Все данные на графике соответствуют низкой теплопроводности, но различия существенны. Теплопроводность К5 составляет около двух третей от теплопроводности пенополистирола, поэтому такой же изоляционный эффект может быть достигнут при толщине всего в две трети. Или, альтернативно, та же толщина K5 может обеспечить на треть меньшую теплопередачу, чем EPS.

Наименьшая достижимая теплопроводность , которая может быть достигнута, ограничена теплопроводностью через газ в ячейках. Таким образом, K5 достигает своей низкой проводимости за счет того, что ячейки заполнены невоздушными газами — вероятно, в основном двуокисью углерода.

Однако я был настроен скептически…

Это были только спецификации. Мои бывшие коллеги в NPL часто говорили об «оптимизме» многих спецификаций термопереноса. Неужели этот материал может иметь теплопроводность ниже, чем у неподвижного неконвективного воздуха!

…Поэтому я решил провести некоторые тесты…

Я сделал два ящика из листов пенополистирола и К5 толщиной 50 мм, заклеив стыки промышленным клеем.

Затем я нагрел имеющийся у меня цилиндр из бетона (диаметр 100 мм x длина 300 мм и вес 5,14 кг) в духовке и нагрел его примерно до 50 °C – примерно 1 час при самой низкой температуре газа. .

Затем я поместил бетон в коробку вместе с двумя термометрами для регистрации данных — по одному на каждом конце цилиндра — и запечатал коробку другим куском изоляции.

Я записывал температуру каждую минуту в течение где-то между 10 и 24 часами и измерял скорость, с которой бетон остывает.

Кривые охлаждения для EPS и Kingspan K5 показаны на рисунках ниже.

• Две тонкие линии соответствуют показаниям двух термометров, а жирная линия соответствует их среднему значению.
• ( пунктирная красная кривая – – – – ) показывает теоретическую модель данных с параметрами, оптимизированными с использованием Решатель Excel .
• ( пунктирная красная линия – – – – ) показывает расчетную постоянную времени экспоненциального затухания температуры.
• ( пунктирная синяя линия – – – – ) показывает расчетную фоновую (комнатную) температуру.

Эти данные позволили мне установить две вещи.

• Во-первых, , просто сравнив постоянные времени кривых охлаждения (494 минуты и 801 минута), стало ясно, что K5 действительно имеет теплопроводность, которая примерно на 40% ниже, чем EPS.
• Во-вторых, , предполагая значение теплоемкости бетона и то, что тепло течет перпендикулярно через стенки коробки, я мог оценить теплопроводность двух материалов. Я нашел:
  • К5 Теплопроводность = 0,021 ± 0,001 Вт/м·К
  • Теплопроводность EPS = 0,035 ± 0,001 Вт/м·К
  • Неопределенности оценивались путем анализа данных каждого термометра в отдельности, а затем их среднего значения.
  • К моему удивлению, эти цифры хорошо согласуются с указанными свойствами как EPS, так и K5

Так что мой скептицизм был, похоже, неуместен.

Резюме

Я чувствую облегчение. В моей предыдущей статье я показал, что K5 обладает хорошей устойчивостью к воспламенению, а в этой статье я показал, что он действительно обладает отличными тепловыми характеристиками.

Будучи уверенным в этих свойствах , я с еще большим нетерпением жду возможности получить материал для своего дома и устроиться там на долгую холодную зиму.