2010-12-05
1
Materiały Termoizolacyjne
Transport ciepła
Ciepło
– jest to forma energii, a jej istota polega na
drganiu cz
ą
steczek materii (całkowita energia
kinetyczna cz
ą
stek danego ciała)
Rodzaje transportu energii cieplnej
przez przewodzenie
– przekazywanie energii
nagrzanych cz
ą
stek s
ą
siaduj
ą
cym cz
ą
steczkom
przez konwekcj
ę
– swobodny ruch cz
ą
steczek
spowodowany ró
Ŝ
nic
ą
energii
przez promieniowanie
– na powierzchni ciała
ogrzanego powstaj
ą
fale elektromagnetyczne
2010-12-05
2
Straty ciepła
Funkcja materiału izolacyjnego
Bez izolacji termicznej
Z warstw
ą
izolacji termicznej
2010-12-05
3
Funkcja materiału izolacyjnego
Energooszczedno
ść
Budynek i jego instalacje grzewcze, chłodzące i
wentylacyjne należy projektować i wykonywać w taki
sposób, aby utrzymać na niskim poziomie ilość energii
wymaganą
do
użytkowania,
z
uwzględnieniem
warunków
klimatycznych
lokalizacji
i
potrzeb
użytkowników.
Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EEC
2010-12-05
4
przegroda
Te
Ti
Qi
Qe
ciepło
hałas
zimno
cisza
transport energii
Przegroda
utrudnia transport energii, odgradza
ośrodki o różnej energii (różnica gradientów)
Współczynnik przewodzenia ciepła
λλλλ
[W/mK]
λλλλ
(lambda) to strumień energii,
jaki przepływa przez warstwę
materiału o powierzchni 1m
2
i
grubości 1m, w jednostce czasu,
przy
różnicy
temperatur
po
obydwu
stronach
warstwy
równej 1
o
K .
2010-12-05
5
METODY POMIARU:
1) stacjonarne
(metoda ustalonego strumienia ciepła)
2) niestacjonarne
(metoda nieustalonego strumienia
ciepła)
płyta ciepła
badana próbka
wym. 30x30x5 cm
ciepłomierz
płyta zimna
Schemat konstrukcji aparatu
płytowego wyposa
Ŝ
onego w czujnik
g
ę
sto
ś
ci strumienia cieplnego
T
d
Q
f
∆
λ
=
gdzie:
λ
- wsp. przewodzenia ciepła, W/mK
f - stała kalibracji, W/m
2
mV
Q - warto
ść
ś
r. wskaza
ń
ciepłomierza, mV
d -
ś
rednia grubo
ść
próbki, m
∆
T -
ś
rednia warto
ść
ró
Ŝ
nic temp, K
Oznaczenie współczynnika
λλλλ
materiał lity (granit, bazalt)
λ
= 2,9 – 3,5 W/m·K
powietrze (
φ
<2 mm)
λ
= 0,028
W/m·K
(2<
φ
<5 mm)
λ
= 0,036
W/m·K
(
φ
>5 mm)
λ
= 0,046
W/m·K
woda
λ
= 0,63
W/m·K
mied
ź
(struktura krystaliczna)
λ
= 370
W/m·K
materiał termoizolacyjny
λ
<
0,07 W/m·K
Współczynnik przewodzenia ciepła
λλλλ
[W/mK]
2010-12-05
6
V
p
V
s
λλλλ
min
= f ( v
s
,
λλλλ
s
, v
p
,
λλλλ
p
,
φφφφ
p
....)
1) V
s
– min
2) szkielet powinien by
ć
zbudowany z materiałów,
dla których
λ
jest niskie i
struktura bezpostaciowa
3) V
p
– max
4) λ
p
– min,
φ
p
min
Metody nadawania porowato
ś
ci materiałom izolacji
termicznej
zwi
ę
kszenie naturalnej porowato
ś
ci (np. korek
ekspandowany)
lu
ź
ne zasypywanie materiałami ziarnistymi i
włóknistymi
odparowywanie nadmiaru wody
wypalanie wprowadzonych do masy substancji np.
organicznych (pustaki Porotherm - ceramika
poryzowana)
dodawanie
ś
rodków gazotwórczych
metoda dodawania do tworzywa gazu pod ci
ś
nieniem,
a nast
ę
pnie odj
ę
cie ci
ś
nienia (rozpr
ęŜ
enie)
sp
ę
cznienie glin ceramicznych
2010-12-05
7
Podział materiałów termoizolacyjnych ze wzgledu na warto
ść λ
Wysokoefektywne
λ
< 0,07 W/m·K
Ś
rednioefektywne
λ
= 0,07 - 0,10 W/m·K
Niskoefektywne
λ
= 0,10 - 0,25 W/m·K
λ
−−−−
warto
ść
współczynnika przewodno
ś
ci cieplnej [W/mK]
d
−−−−
grubo
ść
warstwy [m]
⋅
≡
⋅
=
W
K
m
K
m
W
m
d
R
2
λ
Opór cieplny
2010-12-05
8
⋅
=
W
K
m
d
R
2
λ
Warstwy róŜnych materiałów - jednakowy opór cieplny
R=0.25 [m
2
K/W]
mur kamienny
beton
drewno cegła
styropian
1 cm
=
1cm = 0,01m
λ
= 0,04 W/m·K
Opór cieplny
⋅
+
+
+
=
=
∑
K
m
W
R
R
R
1
R
1
U
2
i
2
1
i
K
⋅
=
K
m
W
R
1
U
2
dla
ś
ciany warstwowej
Współczynnik przenikania ciepła
2010-12-05
9
d
1
d
2
λ
1
λ
2
Opory cieplne
+20 C
- 20 C
0°C
+10°C
+20°C
-10°C
R = R
1
+ R
2
R
se
+
+
R
si
R
s
opór przejmowania ciepła
R
se
= 0,04 [m²K/W ]
R
si
= 0,13 [m²K/W ]
R
se
R
si
Opory przejmowania ciepła
2010-12-05
10
Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła
1. Sumujemy opory poszczególnych warstw
R= R
se
+ R
1
+ …+R
n
+R
se
2. Obliczamy
U = 1/R [W/m²K]
3. Sprawdzamy warunek normowy
U < U max
= 0.30 [W/m
2
K]
d
1
d
2
λ
1
λ
2
Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła
+20 C
- 20 C
R
se
R
si
Oblicz współczynnik przenikania ciepła U:
• mat. termoizolacyjny d
1
=0,12 [m],
λ
1
=
0,04 [W/mK]
• cegła zwykła
d
2
=0,38[m],
λ
2
=0,77 [W/mK]
• uwzgl
ę
dniaj
ą
c opory przejmowania ciepła
R
se
= 0,04 [m²K/W]
R
si
= 0,13 [m²K/W]
2010-12-05
11
Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła
1. Obliczamy R
(opór cieplny):
R
se
termoizolacja
cegła R
si
R= 0,04 + 0,12 / 0,04 + 0,38 / 0,77 + 0,13 [m
²
K/W ]
R= 0,04 +
3,0
+ 0,49 + 0,13 [m²K/W ]
R = 3,66 [m²K/W]
2. Obliczamy U
(współczynnik przenikania ciepła):
U= 1/R = 0,27 [W/m²K]
3. Sprawdzamy warunek normowy
U= 0,27 < 0,30 [W/m²K]
Projektowanie
ś
ciany warstwowej
1. R
se
= 0,04 [m²K/W]
2. cegła klinkierowa d
1
= 0,120[m]
λ
1
=0,80 [W/mK]
3. mat termoizolacyjny d
2
= x [m],
λ
2
=
x [W/mK]
4. pustak MAX d
3
=0,268[m],
λ
3
=0,21 [W/mK]
5. R
si
= 0,13 [m²K/W]
Styropian EPS 0.040 [W/mK]
Wełna mineralna 0.038 [W/mK]
Styropian XPS 0.028 [W/mK]
R
se
R
si
120 5 268
[mm]
X
1. 2.
3.
4. 5.
2010-12-05
12
Projektowanie
ś
ciany warstwowej
Rse
klinkier
mat.termoizol
MAX Rsi
R=0.04 + 0.12 / 0.8 +
R
x
+ 0.268 / 0.21 + 0.13 [m²K/W ]
R=0.04 + 0.15 +
R
x
+ 1.276 + 0.13 [m²K/W ]
U= 1/R < 0,3 [W/m²K]
1 /(1.596 +
R
x
)< 0.30 / *(1.596 +
R
x
)
1 < 0.3 (1.596 +
R
x
)
1 < 0.4788 +0.3
R
x
0.5212< 0.3
R
x
/0.3
R
x
>1.74 [m²K/W]
d obliczymy z
R
x
= d /
λ
Styropian EPS 0.040 [W/mK]
Wełna mineralna 0.038 [W/mK]
Styropian XPS 0.028 [W/mK]
Projektowanie
ś
ciany warstwowej
R
x
>1.74 [m²K/W]
d obliczymy z
R
x
= d /
λ
,
d=0.0695 m,
Styropianu EPS
λ
= 0.040 [W/mK]
d=0.066 m,
We
ł
ny mineralnej
λ
= 0.038 [W/mK]
d=0.049m,
Styropianu XPS
λ
= 0.028 [W/mK]
2010-12-05
13
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
grubo
ść
warstwy [cm]
o
p
ó
r
c
ie
p
ln
y
w
a
rs
tw
y
[
m
2
K
/W
]
Projektowanie
ś
ciany warstwowej
1.74
7
5
R
d
Przykłady
ś
cian warstwowych
+20 C
+20 C
+20 C
-20 C
-20 C
- 20 C
A
B
C
2010-12-05
14
Współczynnik przenikania ciepła
wg. PN-EN ISO 6946
U < 0.30 [W/m
2
K]
ściany wielowarstwowe
1. dach
2. poddasze
3. stropodach
4.
ś
ciany zewn
ę
trzne
5.
ś
ciany wewn
ę
trzne
6. fundamenty i
posadzki
7. instalacje i urz
ą
dzenia
8. kominki
Aplikacje
2010-12-05
15
Podział ze wzgledu na pochodzenie
Materiały termoizolacyjne
1. Pochodzenia
organicznego
2. Pochodzenia
nieorganicznego
mineralnego
3. Z tworzyw sztucznych
Słoma
Trzcina
Pa
ź
dzierz
Drewno i jego pochodne
Korek
Wełna owcza
Wełna mineralna
Wełna szklana
Szkło piankowe
Keramzyt
Perlit
Styropian
Spienione PCV
Pianka poliuretanowa
Iz
ab
el
a
H
A
G
E
R,
IM
iK
B
Cechy „dobrego’’ materiału termoizolacyjnego
W spółczynnik
λ
Porowato
ść
G
ę
sto
ść
pozorna
Nasi
ą
kliwo
ść
Trwało
ść
Odporno
ść
ogniowa
styropian 15, 20, 30 kg/m
3
98%, zamkni
ę
ta
bliska 0%
0,04 W/mK