2021-07-31
53АНАЛИЗ теплофизических свойств утеплителя
Современные технологии позволяют создавать совершенно новые материалы для строительства, включая утеплители, которые одновременно могут обладать одинаково высокими свойствами по паропроницанию, влагоизоляции, теплозащите и защите от шума. Они все просты при монтаже и в эксплуатации, относительно недороги и отвечают требуемому классу пожароопасности. При всем многообразии изделий для эксплуатации необходимо выбирать наиболее оптимальный вариант с учетом назначения зданий и сооружений, климата района строительства и возможностей ценовой политики.
В данной работе для анализа был выбран экструдированный пенополистирол, как достаточно распространенный в регионе и обладающий всеми необходимыми свойствами для современной строительной индустрии. Он был разработан несколько десятилетий назад и широко используется и у нас, и за рубежом. Его применяют для теплоизоляции фундаментов, кровли, полов, стен, а также в различных других инженерных сооружениях, например, дорогах.
Экструдированный пенополистирол это синтетический материал, полученный глубокой переработкой вспененного полимерного сырья при конденсации стирола под действием катализаторов с органическими растворителями. Благодаря процессу экструзии полистирол становится более плотным и жестким, улучшаются качество и свойства изделия, увеличивается срок службы. Технология производства позволяет сделать плиты различных габаритов с дополнительными системами для монтажа. Данный материал поглощает всего менее одного процента влаги, обладает теплопроводимостью до 0,033 Вт/(м∙°С), выдерживает деформацию при давлении порядка 500 кПа, а при плотности от 26 до 40 кг/м3 удельный вес материала достигает всего 45 кг/м2.
Теплозащитные и влагоизоляционные свойства обусловлены его структурой. Он содержит бесконечное количество закрытых пор, что исключает возможность капиллярного всасывания и сквозного прохождения воздушного потока. Именно структура, а также состав материала, обеспечивают высокие механические свойства, не критичность к перепаду температур и воздействию неорганических растворителей.
Как и любой другой строительный материал, экструдированный пенополистирол имеет ряд минусов. Это, прежде всего, пожароопасность и токсичность при температуре свыше 75°. Данный вид пенополистирола не рекомендуется обустраивать в конструкции, в которой он может контактировать с солнечными лучами и органическими растворителями. Но и с учетом этих недостатков экструдированный пенополистирол считается одним из лучших утеплителей.
Для подтверждения эксплуатационных характеристик данного материала был проведен теплофизический расчет модели внешней ограждающей конструкции жилого здания в городе Рязани, спроектированной с использованием плиты из экструдированного пенополистирола. Расчеты проводились согласно соответствующим строительным нормам и правилам с учетом климатической зоны.
Конструкция выбрана многослойной. Наружный слой представляет собой сложный раствор толщиной 0,01 м (слой 1), далее идут плита из пенополистирола – Технониколь техноплекс (слой 2) и железобетонная плита (слой 3) толщиной 0,1 м и 0,3 м соответственно, внутренний слой это цементно-песчаный раствор толщиной 0,005 м (слой 4). В таблице 1 приведены характеристики материалов конструкции.
Таблица 1 – Характеристики материалов конструкции
| Слои | Название материала | Толщина, м | Коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙°С) | Паропроницаемость, мг/(м∙ч∙Па) |
| Раствор сложный (песок, известь, цемент) | 0,01 | 0,87 | 0,098 | |
| Технониколь техноплекс | 0,1 | 0,034 | 0,014 | |
| Железобетон, ГОСТ 26633 | 0,3 | 2,04 | 0,03 | |
| Раствор цементно-песчаный | 0,005 | 0,93 | 0,09 |
Согласно данным по тепловой защите зданий термическое сопротивление ограждающей конструкции для жилого здания в городе Рязани должно превышать величину 1,96 м2∙°С/Вт. В этом случае конструкция обеспечивает требуемую температуру внутреннего воздуха. В ходе расчета значение приведенного сопротивления теплопередаче получилось равным 3,1 м2∙°С/Вт, что больше нормируемого.
Также графическим методом были определены возможные перепады температуры в объеме конструкции при наружной температуре воздуха –15 °С и внутренней +20 °С (рисунок 1). По горизонтали последовательно отложены слои конструкции, начиная с внутреннего. Из графика следует, что в слое экструдированного пенополистирола (участок АВ) наблюдается основной перепад температуры: на внешней его поверхности –13,5 °С, а на внутренней уже +17 °С, что говорит о достаточно малом отводе внутреннего тепла через данный материал.
Рисунок 1 – Распределение температуры в объеме конструкции
Из приведенных расчетов следует, что материалы и их толщина обеспечивают соответствующие требования по теплопередаче, прежде всего, это связано с высоким термическим сопротивлением выбранного утеплителя 2,94 м2∙°С/Вт.
Следующим шагом был выполнен расчет на паропроницаемость выбранной конструкции. Увлажнение конструкции происходит в течение всего года, поэтому здесь рассматриваются различные температурные режимы, а также определяется зона возможной конденсации в толще ограждения.
Для города Рязани требуемое значение сопротивления паропроницаемости должно быть больше 1,1 (м2∙ч∙Па)/мг, сопротивление только экструдированного пенополистирола составляет 7,14 (м2∙ч∙Па)/мг, а общее равно 17,2 (м2∙ч∙Па)/мг. Поэтому условие по паропринцаемости тоже выполняется.
Также проводился расчет распределения парциального давления водяного пара в толще ограждения, и определялась зона возможной конденсации. На рисунке 2 представлен график зависимости максимального парциального давления Е водяного пара при определенной температуре внутри ограждения и возможного давления е пара при этой же температуре от толщины слоев. На графике отсутствует внутренний четвертый слой толщиной в 0,005 м вследствие его малых размеров. Кривые двух видов давлений не пересекаются, что свидетельствует о невозможности или низкой вероятности образования конденсата в толще конструкции.
Рисунок 2 – Распределение парциальных давлений водяного пара в толще ограждения
Проведенный анализ теплофизических свойств утеплителя на основе экструдированного пенополистирола показал, что данный материал удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к теплоизоляции. Поэтому, не смотря на свою более высокую стоимость по сравнению с другими видами утеплителей, он находит широкое применение в современном промышленном и гражданском строительстве.
