Различные материалы отражающей теплоизоляции в ограждающих конструкциях

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский Политехнический Университет им. Петра Великого

РАЗЛИЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ОТРАЖАЮЩЕЙ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ

Колосков Владимир Владимирович, студент

Кутьев Алексей Витальевич, студент

Степанов Георгий Александрович, студент

Мусорина Татьяна Аександровна, аспирант

г. Санкт-Петербург



АННОТАЦИЯ

На сегодняшний день вопросы, связанные с теплоизоляционными свойствами материалов, остаются актуальными. В данной работе исследуются три вида отражающей рулонной теплоизоляции: полипропиленовая - Алютермо Каттро Рус, углеволокнистая - Алюкорд и вспененная полипропиленовая - Пенотерм НПП ЛФ. Исследование проводится с целью выбора наиболее выгодного материала. Сравниваются следующие характеристики: цена, толщина образца, коэффициент теплопроводности и сопротивление теплопередаче. Натурные теплофизические испытания проводились при помощи измерителя теплопроводности ИТП-МГ4 «250». В результате исследования был выбран Пенотерм НПП ЛФ, как самый выгодный материал. Теплотехнические характеристики всех исследуемых материалов близки, но сравнивая толщину и стоимость, Пенотерм НПП ЛФ имеет наилучшие показатели. Так же данный материал обладает большим диапазоном температур, в котором его можно использовать (от -40 до +150)°С, хорошей паро- и звукоизоляцией, за счет своей структуры.

Ключевые слова: Алютермо Каттро Рус, Алюкорд, Пенотерм НПП ЛФ, Сопротивление теплопередаче, Наружные ограждения, Теплоизоляция; Теплопроводность.



ABSTRACT

теплоизоляция рулонный отражающий теплопередача

Nowadays questions connected with heat-insulating properties of materials remain urgent. In this work three types of the reflecting rolled thermal insulation are investigated: polypropylene - Alyutermo Kattro Rus, сarbon fiber - Alyukord, and made foam polypropylene - Penoterm of NPP LF. The research is conducted for the purpose of the choice of the most favorable material: price, sample thickness, coefficient of heat conductivity and resistance to a heat transfer. Natural heat physical tests were conducted by means of the measuring instrument of heat conductivity ITP-MG4 «250». As a result of a research Penoterm has been chosen as the most favorable material. Thermal insulation of all studied materials is close, but comparing thickness, Penoterm NPP LF has the best indicators. Also Penoterm NPP LF has the best relation of the price and quality and therefore he is more value than other materials.

Keywords: Alyutermo Kattro Rus, Alyukord, Penoterm NPP LF, Resistance to a heat transmission, External protections, Thermal insulation; Heat conductivity.



ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

К наружным ограждениям можно отнести: стены, кровлю, окна и различные виды перекрытий. Данные конструкции необходимы в утеплении, иначе проживание в таком здании будет невозможно, так как соединения неутепляемых конструкций могут являться мостиками холода. Для таких целей есть разные возможности утепления ограждающих конструкций. Данная тема часто затрагивается в северных регионах, так как большую часть года температура на улице ниже температуры, которую хотелось бы иметь в здании. Так же эта тема будет актуальная для большинства европейских стран, особенно стран Скандинавии, в которых достаточно холодный климат.

В данной работе рассматриваются три вида отражающей рулонной теплоизоляции: полипропиленовая - Алютермо Каттро Рус (Бельгия), углеволокнистая - Алюкорд (Россия), и вспененная полипропиленовая - Пенотерм НПП ЛФ (Россия). Для данных материалов сравнивают характеристики: коэффициент теплопроводности, коэффициент сопротивления теплопередаче, толщину образца, цену материала на территории Российской Федерации (РФ).

Отражающая рулонная теплоизоляция состоит из двух основных частей: полимер и 1-2 слоя фольги. Такой способ утепления применяется для кровельных пирогов, стен, а также для основательного ремонта покрытий. Он намного эффективнее других теплоизоляционных материалов, таких как минеральная вата. Основными достоинствами отражающей теплоизоляции являются:

· Простота в использовании (рулонный материал не требует никаких особых приспособлений для его крепления);

· Экологичность (полимеры и алюминий не несут никакой опасности человеку);

· Компактность и транспортировка (за счёт лёгкости и маленькой толщины перевозка не вызывает никаких проблем, даже при больших количествах);

· Высокая теплопроводность (имея меньшую толщину не уступает показателям других видов теплоизоляций);

· Долговечность (полимеры разлагаются достаточно долго в природной среде);

· Низкая степень горючести;

· Повышенная шумоизоляция.

С помощью изолированной системы отражающей теплоизоляции можно достичь малых потерь от конвекции, так как она закрывает всю поверхность здания. Все слои связаны друг с другом, а холодный воздух поделен на небольшие объемы. Если нарушить целостность на каком-либо участке, это не приведёт к ухудшению характеристик материала. При использовании такого утеплителя на кровле, невозможно возникновение наледи на крыше в зимнее время года, так как отражающая теплоизоляция создаёт непроходимую преграду для возникновения тепла на крыше в зимнее время года.

Обзор литературы

Существуют различные мероприятия, которые направленные на утепление зданий старой застройки, панельных пятиэтажных домов и индивидуальных жилых домов [1-3]. Для этого используются двухслойные стеновые конструкции, отражающая теплоизоляция, усовершенствованный способ утепления наружного фасада [4-9]. Помимо конструкций, важную роль играют материалы, которые применяются для утепления ограждающих конструкций [10-15]. Можно выбрать наилучшую комбинацию конструкции и материала, но она не будет отвечать экономически выгодным соображениям [16-18].

В работах [19-25] проводится исследование современных теплоизоляционных материалов. Теплофизические характеристики измеряют методом цилиндрического слоя, математическим моделированием, на основе вероятности моделей и тд. Помимо новых методов и моделей найти значения теплофизических характеристик материалов можно с помощью нормативных документов [26-28].

В ограждающей конструкции учитывается температурно-влажностный режим, перенос влаги в материале и перенос воздуха в теплоизоляционном слое, так как они сильно влияют на теплофизические характеристики и долговечность материала [29-35].

Но в данном перечне нет информации о таких материалах как «Алютермо Каттро Рус», «Алюкорд 2» и «Пенотерм НПП ЛФ», которые бы использовались в той или иной конструкции [36-38].

Цель и задачи

Цель работы заключается в выборе оптимального материала, необходимого для утепления кровельного пирога в Ленинградской области и обоснование данного выбора. Для его обоснования необходимо решить следующие задачи:

· Сравнить теплотехнические характеристики материалов: коэффициент теплопроводности и коэффициент сопротивления теплопередаче;

· Сравнить цену утепления конкретного кровельного пирога в Ленинградской области с помощью различных материалов и выбрать наиболее дешевый способ.

Методика теплотехнического расчёта покрытия крыши здания

Характеристика покрытия

Характеристики материалов покрытия принимаем из результатов испытаний, выполненных в испытательном центре Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Гидромеханизации, санитарно технических и специальных строительных работ (ИЦ ВНИИГС) и Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого (СПбПУ).

Характеристика слоев покрытия и общее сопротивление теплопередаче представлены в таблице 1.

Таблица 1

Состав кровельного пирога

№ слоя	Материал слоя	Плотность г0, кг/м3	Толщина д, м	Расчетный коэффициент теплопроводности лW, Вт/(м*К)	Расчетное сопротивление теплопередаче R, м2·°С/Вт
						1	Вагонка (внутр. обшивка)	500	0,008	0,18	0,044
2	Доска обрезная (подшивка)	500	0,04	0,18	0,222
3	Пароизоляция (п/э пленка в 2 слоя)	930	0,0004	0	0
4	Теплоизоляция + стропила	120	0,240	0,055	4,333
5	Обрешетка + воздушные промежутки	--	0,05	--	0,175
6	Стальная кровля	7850	0,0006	221	0,00001
Сумма	0,29	--	4,79

Данный вариант кровельной конструкции будем использовать как исходный для всех видов утеплителя.

Расчет сопротивления теплопередаче

Для Ленинградской области нормируемое сопротивление теплопередаче покрытия вычисляется согласно СП 50.13330.2012 [26] и ГОСТ Р 54851-2011 [28].

Расчет приведенного сопротивления теплопередаче неоднородного участка кровли при использовании теплоизоляционных материалов «Алюкорд» (Россия), «Алютермо Каттро Рус» (Бельгия) и Пенотерм НПП ЛФ» (Россия) проводится по формуле:

- сопротивление теплопередаче кровельного пирога без утеплителя;

- сопротивление теплопередаче утеплителя;

- общее сопротивление теплопередаче (утеплитель+кровельный пирог).

Опытные величины материалов, полученные в лаборатории с помощью прибора ИТП - МГ4 «250», приведены в таблице 2.

Рисунок 1 ИТП -- МГ4 «250»

Установка ИТП - МГ4 «250» предназначена для определения теплопроводности и термического сопротивления строительных материалов, при стационарном режиме по ГОСТ 7076. В процессе измерения объект исследования подвергается нагреву с одной стороны (создается тепловой поток заданной интенсивности), а с помощью измерителя тепла (проволочной термопары) выполняется замер теплового потока, прошедшего через образец. Для произведения измерения нужно внести в него, с помощью специального пульта, следующие данные: толщину материала, минимальную и максимальную температуру на которой проводится испытание. Одно измерение в среднем длиться 40-60 минут. После измерений прибор выдает значения коэффициента теплопроводности. Зная толщину материала, можно получить значения сопротивления теплопередаче исследуемого материала по СП 50.13330.2012 [26].

Таблица 2

Результаты измерения образцов материалов

Материал	Толщина д, м	Расчетное сопротивление теплопередаче R, м2·°С/Вт	Расчетный коэффициент теплопроводности лW, Вт/(м К)	Цена на территории РФ (за 1 м2)
Алютермо Каттро Рус	0,011*	0,259*	0,042*	1200
Алюкорд 2	0,0086**	0,240**	0,036**	265
Пенотерм НПП ЛФ	0,006*	0,088*	0,034*	300

*- экспериментальные данные СПбПУ (г. Санкт-Петербург);

** -- экспериментальные данные ИЦ ВНИИГС (г. Санкт-Петербург).

Сопротивление теплопередаче покрытия после утепления, определяемое по формуле (1), составит:

· Для материала Алютермо Каттро Рус: R=5,04>4.81;

· Для материала Алюкорд: R=4,93>4,81;

· Для материала Пенотерм НПП ЛФ: R=4,97>4,81.

Результаты и обсуждения

По полученным результатам сопротивления теплопередаче покрытия после утепления был построен график «сопротивление слоёв теплопередаче» для исследуемых материалов.

Для материала Алютермо Каттро Рус:

Рисунок 2 Сопротивление слоев теплопередаче («Алютермо Каттро Рус»)

(URL:http://www.smartcalc.ru)

Материал «Алютермо Каттро Рус» обеспечивает требуемую температуру в помещении (20°С) при внешней температуре (-6°С). Температура точки возникновения росы поднялась с -8°С до 10°С.

Для материала Алюкорд:



Рисунок 3 Сопротивление слоев теплопередаче («Алюкорд»)

(URL:http://www.smartcalc.ru)

Материал «Алюкорд» обеспечивает требуемую температуру в помещении (20°С) при внешней температуре (-6°С). Температура точки возникновения росы поднялась с -8°С до 10°С.

Для материала Пенотерм НПП ЛФ:

Рисунок 4 Сопротивление слоев теплопередаче («Пенотерм НПП ЛФ»)

(URL:http://www.smartcalc.ru)

Материл «Пенотерм НПП ЛФ» обеспечивает требуемую температуру в помещении (20°С) при внешней температуре (-6°С). Температура точки возникновения росы поднялась с -8°С до 10°С.

Согласно рисункам 2,3 и 4 все теплоизоляционные материалы соответствуют нормируемым и базовым значениям сопротивления теплопередачи ограждающей конструкции, а значит могут использоваться в строительстве.

В ходе данной работы преследуется цель выбора наиболее эффективного и выгодного рулонного теплоизоляционного материала. В первую очередь все материалы должны поддерживать минимальную требуемую температуру в помещении (19°С), так же материал должен максимально повысить температуру точки росы, во избежание появления конденсата. Из предоставленных графиков можно увидеть, что все материалы поддерживают температуру в помещении на уровне 20°С, и поднимают температуру точки росы до (10-11)°С, что так же удовлетворяет требованиям СП 50.13330.2012 [26]. Так как теплотехнические характеристики у представленных материалов примерно одинаковы, сравнение будет проводится на основании второстепенных характеристик, таких как: цена и толщина.

Толщина очень важный параметр для рулонных теплоизоляционных материалов, так как меньшая толщина обеспечивает более простой монтаж, и меньший вес конечной конструкции, если мы говорим о больших масштабах. Если говорить о толщине, как о более приоритетном направлении сравнения, то наименьшей толщиной обладает «Пенотерм НПП ЛФ» (6 мм, при укладке в два слоя), «Алюкорд» -- 9 мм, «Алютермо Каттро Рус» -11 мм.

Можно сделать вывод, что наилучшим из представленных материалов является «Пенотерм НПП ЛФ», используем его для сравнения с другими типами теплоизоляционных материалов.

В таблице 3 приведены характеристики различных типов теплоизоляционных материалов.



Таблица 3

Характеристики теплоизоляционных материалов

Материал	Толщина, мм	Расчетный коэффициент теплопроводности лW, Вт/(м*К)	Цена на территории РФ (за 1 м2)
«Пенотерм НПП ЛФ»	6	0,034	300
Стекловолокно	100	0,043	98
Каменная вата	100	0,041	229
Пенополистирол	50	0,032	242,5

Сравним материал «Пенотерм НПП ЛФ» (как представитель рулонной теплоотражающей теплоизоляции) с другими типами теплоизоляционных материалов, таких как: стекловолокно (URSA GLASS WALL П-30), каменная вата (ROCKWALL ЛАЙТ БАТТС) и экструдированный пенополистирол (Пеноплэкс) [9]. Из значений, представленных в таблице 3, видно, что стекловолокно и каменная вата имеют примерно одинаковые теплотехнические характеристики и одинаковую толщину, но при этом стекловолокно в 2.5 раза дешевле каменной ваты. Материал «Пенотерм НПП ЛФ» имеет меньший показатель коэффициента теплопроводности и почти в 12 раз тоньше в сравнении со стекловолокном или каменной ватой, но и дороже обоих материалов. Выделяющимися теплотехническими характеристиками обладает экструдированный пенополистирол, при этом он обладает средней, в сравнении с другими типами материалов ценой. Так же экструдированный пенополистирол может выдерживать немалые нагрузки и не допускает создания «мостиков холода». Однако, стоит отметить, что материал «Пенотерм НПП ЛФ» создает гораздо меньшие нагрузки на утепляемые конструкции, в сравнении с любыми из представленных материалов.

Из этого сравнения можно увидеть, что каждый из материалов обладает своим важным достоинством, стекловолокно - низкой ценой, материал «Пенотерм НПП ЛФ» - наименьшей толщиной, экструдированный пенополистирол - хорошим сочетанием теплотехнических характеристик и цены. Можно сделать вывод, что выбор теплоизоляционного материала зависит лишь от требований к его работе, и условий этой работы.

Заключение

1. Согласно приведенному расчету, при использовании материала «Алюкорд» (Россия) сопротивление теплопередаче покрытия составляет 4,93 м²·°С/Вт, при использовании материала «Алютермо Каттро Рус» (Бельгия) -- 5,04 м²·°С/Вт, а при использовании «Пенотерм НПП ЛФ» (Россия) - 4,97 м²·°С/Вт (в два слоя), что удовлетворяет требованиям СП 50.13330.2012 [26].

2. Из данных, представленных выше, можно сделать вывод, что оптимальным сочетанием характеристик обладает материал «Пенотерм НПП ЛФ»: цена - 300 рублей за м²; толщина - 6 мм (при укладке в 2 слоя); сопротивление теплопередаче - 4,97 м²·°С/Вт). Следовательно, он является самым выгодным материалом, учитывая данные характеристики.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Рудаков В.В., Лонский С.С. Эффективность теплоизоляции зданий старой застройки // Харьковский политехнический институт. 2010. № 12 (82). С. 23-28.

2. Агеева Г.М. Анализ конструктивных решений утепления жилого дома // Энергосбережение.Энергетика.Энергоаудит. 2013. № 11 (117). С. 30-34.

3. Немова Д.В., Ватин Н.И., Горшков А.С., Кашабин А.В., Рымкевич П.П., Цейтин Д.Н. Технико-экономическое обоснование мероприятий по утеплению ограждающих конструкций индивидуального жилого дома // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 8 (23). С. 93-115.

4. Горшков А. С., Рымкевич П. П., Ватин Н. И. О теплотехнической однородности двухслойной стеновой конструкции // ABOK. 2014. №7. С. 58-63.

5. Манаков В.М. Отражающая теплоизоляция в энергосберегающем строительстве // Вестник МГСУ. 2011. № 1-3. С. 319-326.

6. Березюк А.Н., Дикарев К.Б., Несервя П.И. Усовершенствование способа наружного утепления и отделки фасадов зданий. Вiсник приднiпровської державноi академiї будiвництва та архiтектури. 2011. № 5 (158) С. 15-20.

7. Rosca A.V., Pop I. Flow and heat transfer over a vertical permeable stretching/shrinking sheet with a second order slip. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2013. Vol. 60. pp. 355-364.

8. Schuocker D. Joining of cellular and stratified laminates for light weight construction and thermal-acoustic insulation. Journal of materials processing technology. 2001. №. 1. pp. 31-37.

9. Бердюгин И.А. Теплоизоляционные материалы в строительстве. Каменная вата или стекловолокно: сравнительный анализ. // Инженерно-строительный журнал. 2010. №1. С. 26-31

10. Kudyakov A.I., Apkar`yan A.S. Glass-ceramic granulated technology for exterior wall heat insulation. Bulletin of Tomsk state university of architecture and building. 2015. Vol. 1. pp. 93-98.

11. Korniyenko S.V., Vatin N.I., Gorshkov A.S. Thermophysical field testing of residential buildings made of autoclaved aerated concrete blocks. Magazine of Civil Engineering. 2016. №. 4(64). pp. 10-15.

12. Швец В.В., Искра М.А. Теплоизоляционная плитка для фасадов зданий, работающий по принципу термоса. Сучаснi технологiiЇ, матерiали i конструкцii в будiвництвi. 2010. № 2 (9). С. 62-64.

13. Ратушняк Г.С., Колесник Е.В., Каташинский В.А. Влияние характеристик современных теплоизоляционных материалов на энергоэффективность термостабилизации процесса производства биогаза. Сучаснi технологiiЇ, матерiали i конструкцii в будiвництвi. 2015. № 2 (19). С. 153-157.

14. Sokov V.N., Sokov V.V., Shelkovkina N.V., Naumenko V.A., Talakuev N.P. Lightweight heat-insulating products based on quartz refractory waste. New refractories. 2002. Vol. 3. pp. 38-45.

15. Tang C.W. Engineering properties of lightweight concrete masonry units made from sedimentary lightweight aggregates. Journal of the Chinese institute of civil and hydraulic engineering. 2010. Vol. 1. pp. 55-64.

16. Мунц Ю.Г. Анализ экономической эффективности мероприятий по утеплению жилых зданий // Научное образование. 2013. №1. С. 159-163.

17. Горшков А.С., Рымкевич П.П., Немова Д.В., Ватин Н.И. Методика расчета окупаемости инвестиций по реновации фасадов существующих зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 2 (17). С. 82-106

18. Tewfik K.M. Evaluating the effect of design and construction defeiciencies on the economic performance of wall thermal insulation systems. Dissertation. 1994.

19. Щербак А.С. Исследование свойств современных теплоизоляционных материалов // Наука и прогресс транспорта. 2013. № 2 (44). С. 136-143.

20. Заборова Д.Д., Куколев М.И., Мусорина Т.А., Петриченко М.Р. Математическая модель энергетической эффективности слоистых строительных ограждений // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского Государственного Политехнического Университета. 2016. №. 4. С. 28-33.

21. Шило М.А., Фокин В.М., Таранов В.Ф., Ковылин А.В., Воробьёв В.И. Измерение теплофизических свойств многослойной полимерной теплоизоляции методом цилиндрического слоя // Вестник волгоградского государственного архитектурно-строительного университета. 2013. № 33 (52). С. 105-113.

22. Kaklauskas A., Rute J, Zavadskas E., Daniunas A., Pruskus V., Bivainis J., Gudauskas R., Plakys V. Passive House model for quantitative and qualitative analyses and its intelligent system. Energy and Buildings. 2012. №. 50. pp. 7-18.

23. Zubkov D.V., Chusov A.N., Molodtsov D.V. Measuring the thermal resistance of typical multi-layer building walls using the accelerated measurement method. Matec web of conferences. 2016. Vol. 53. pp. 01020.

24. Вытчиков Ю.С., Сапарев М.Е. Математическое моделирование стационарного теплообмена в утепленных ограждающих конструкциях с применением экранной теплоизоляции // Научное образование. 2015. №7. С. 53-57.

25. Бобряшов В.В., Бобряшов В.М. Оценка коэффициента теплопроводности теплоизоляции на основе вероятности моделей // Промышленное и гражданское строительство. 2007. №3. С. 26-28.

26. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий.

27. СП 131.13330.2012 Строительная климатология.

28. ГОСТ Р 54851-2011. Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче.

29. Корниенко С.В. Температурно-влажностный режим наружных стен с вентилируемым фасадом. Academia. Архитектура и строительство. 2009. №5. С. 389-394.

30. Корниенко С.В. О применимости методики СП 50.13330.2012 к расчету влажностного режима ограждающих конструкций с мультизональной конденсацией влаги // Строительство и реконструкция. 2014. № 5 (55). С. 29-37.

31. Корниенко С.В. Характеристики состояния влаги в материалах ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы. 2007. №4. С. 74-78.

32. Фаренюк Г.Г., Венжего Г.С., Колесник Е.С., Влияние инфильтрации воздуха на тепловые характеристики систем утепления ограждающих конструкций с вентилируемой воздушной прослойкой. Сучаснi технологiiЇ, матерiали i конструкцii в будiвництвi. 2010. № 2 (9). С. 153-158.

33. Vatin N., Petrichenko M., Nemova D. Hydraulic methods for calculation of system of rear ventilated facades. Applied Mechanics and Materials. 2014. Vol. 633-634. pp. 1007-1012.

34. Венжего Г.С. Общий анализ сущeствующих методов расчёта тепловых показателей многослойных ограждающих конструкций с воздушным зазором // Строительство и техногенная безопасность. 2012. №41. С. 60-64.

35. Johansson S., Wadsц L., Sandin K. Estimation of mould growth levels on rendered faзades based on surface relative humidity and surface temperature measurements. Building and environment. 2010. Vol. 5. pp. 1153-1160.

36. Алютермо. Методы установки теплоизоляционного материала [Электронный ресурс] Источник: http://www.alutherma.ru/methods.html

37. Корда. Теплоизоляционный материал Алюкорд. [Электронный ресурс] Источник: https://www.rosizol.com/catalog/teploizoljacija/tis/alucord-emi

38. ЭнергоСфера. Пенотерм НПП ЛФ. [Электронный ресурс] Источник: http://www.energosfera.info/product/48

Размещено на Allbest.ru

...