Коэффициент теплопроводности пенопласта: Теплопроводность и плотность пеноплэкса, сравнение с пенополистиролом ПСБ

Содержание

Теплопроводность и плотность пеноплэкса, сравнение с пенополистиролом ПСБ

Представлена сравнительная таблица значений коэффициента теплопроводности, плотности пеноплэкса и пенополистирола ПСБ различных марок в сухом состоянии при температуре 20…30°С. Указан также диапазон их рабочей температуры.

Теплоизоляцию пеноплэкс, в отличие от беспрессового пенополистирола ПСБ, производят при повышенных температуре и давлении с добавлением пенообразователя и выдавливают через экструдер. Такая технология производства обеспечивает пеноплэксу закрытую микропористую структуру.

Пеноплэкс, по сравнению с пенополистиролом ПСБ, обладает более низким значением коэффициента теплопроводности λ, который составляет 0,03…0,036 Вт/(м·град). Теплопроводность пеноплэкса приблизительно на 30% ниже этого показателя у такого традиционного утеплителя, как минеральная вата. Следует отметить, что коэффициент теплопроводности пенополистирола ПСБ в зависимости от марки находится в пределах 0,037…0,043 Вт/(м·град).

Плотность пеноплэкса ρ по данным производителя находится в диапазоне от 22 до 47 кг/м3 в зависимости от марки. Показатели плотности пенополистирола ПСБ ниже — плотность самых легких марок ПСБ-15 и ПСБ-25 может составлять от 6 до 25 кг/м3, соответственно.

Максимальная температура применения пенополистирола пеноплэкс составляет 75°С. У пенопласта ПСБ она несколько выше и может достигать 80°С. При нагревании выше 75°С пеноплэкс не плавится, однако ухудшаются его прочностные характеристики. Насколько при таких условиях увеличивается коэффициент теплопроводности этого теплоизоляционного материала, производителем не сообщается.

Теплопроводность и плотность пеноплэкса и пенополистирола ПСБ
Марка пенополистирола λ, Вт/(м·К) ρ, кг/м3
tраб, °С
Пеноплэкс
Плиты Пеноплэкс комфорт 0,03 25…35 -100…+75
Пеноплэкс Фундамент 0,03 29…33 -100…+75
Пеноплэкс Кровля 0,03 26…34 -100…+75
Сегменты Пеноплэкс марки 35 0,03 33…38 -60…+75
Сегменты Пеноплэкс марки 45 0,03 38…45 -60…+75
Пеноплэкс Блок 0,036 от 25 -100…+75
Пеноплэкс 45 0,03 40…47 -100…+75
Пеноплэкс Уклон 0,03 от 22 -100…+75
Пеноплэкс Фасад 0,03 25…33 -100…+75
Пеноплэкс Стена 0,03 25…32 -70…+75
Пеноплэкс Гео 0,03 28…36 -100…+75
Пеноплэкс Основа 0,03 от 22 -100…+75
Пенополистирол ПСБ (пенопласт)
ПСБ-15 0,042…0,043 до 15 до 80
ПСБ-25 0,039…0,041 15…25 до 80
ПСБ-35 0,037…0,038 25…35 до 80
ПСБ-50 0,04…0,041 35…50 до 80

Следует отметить, что теплоизоляция пеноплэкс благодаря своей закрытой микропористой структуре практически не впитывает влагу, не подвергается воздействию плесени, грибков и других микроорганизмов, является экологичным и безопасным для человека утеплителем.

Кроме того, экструдированный пенополистирол пеноплэкс обладает достаточно высокой химической стойкостью ко многим используемым в строительстве материалам. Однако некоторые органические вещества и растворители, приведенные в таблице ниже, могут привести к размягчению, усадке и даже растворению теплоизоляционных плит.

Химическая стойкость теплоизоляции пеноплэкс
Высокая хим. стойкость Низкая хим. стойкость
Кислоты (органические и неорганические) Ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилол)
Растворы солей Альдегиды (формальдегид, формалин)
Едкие щелочи Кетоны (ацетон, метилэтилкетон)
Хлорная известь Эфиры (диэтиловый эфир, этилацетат, метилацетат)
Спирт и спиртовые красители Бензин, керосин, дизельное топливо
Вода и краски на водной основе Каменноугольная смола
Аммиак, фреоны, парафины, масла Полиэфирные смолы (отвердители эпоксидных смол)
Цементы, строительные растворы и бетоны Масляные краски

Источники:

  1. ООО «Пеноплэкс СПб».
  2. ГОСТ 15588-86 Плиты пенополистирольные. Технические условия.

Теплопроводность пенопласта, сравнение с Пеноплексом, цена листов разных марок

Эффективность – первое, что мы ищем, выбирая утеплитель. Разнообразные материалы изначально оцениваются именно по этому критерию, и только потом в дело вступают другие характеристики, особенность монтажа и стоимость. Сегодня мы рассмотрим теплопроводность пенопласта как самого доступного по цене и потому востребованного, а также сравним его с иными видами изоляции.

Оглавление:

  1. Что такое теплопроводность?
  2. Характеристики пенопласта разных марок
  3. Сравнение с другими материалами и расценки

Определение

Теплопроводность – величина, обозначающая количество тепла (энергии), проходящего за час сквозь 1 м любого тела при определенной разнице температур с одной и другой его стороны. Она измеряется и рассчитывается для нескольких исходных условий эксплуатации:

  • При 25±5 °С – это стандартный показатель, закрепленный в ГОСТах и СНиП.
  • «А» – так обозначается сухой и нормальный режим влажности в помещениях.
  • «Б» – в эту категорию относят все прочие условия.

Собственно теплопроводность гранул пенопласта, спрессованных в легкую плиту, не так важна сама по себе, как в связке с толщиной утеплителя. Ведь основная цель – добиться оптимального уровня сопротивления всех слоев стены в соответствии с требованиями для конкретного региона. Для получения первоначальных цифр достаточно будет воспользоваться самой простой формулой: R = p÷k.

  • Сопротивление теплопередаче R можно найти в специальных таблицах СНиП 23-02-2003, к примеру, для Москвы принимают 3,16 м·°С/Вт. И если основная стена по своим характеристикам недотягивает до этого значения, разницу должен перекрыть именно утеплитель (минвата или тот же пенопласт).
  • Показатель р – обозначает искомую толщину изолирующего слоя, выраженную в метрах.
  • Коэффициент k – как раз и дает представление о проводимости тел, на которую мы ориентируемся при выборе.

Теплопроводность самого материала проверяют с помощью нагрева одной стороны листа и измерения количества энергии, переданной методом кондукции на противоположную поверхность в единицу времени.

Показатели для разных марок пенополистирола

Из приведенной упрощенной формулы можно заключить, что чем тоньше лист утеплителя, тем меньшей эффективностью он обладает. Но кроме обычных геометрических параметров на конечный результат оказывает влияние и плотность пенопласта, хоть и незначительно – всего в пределах 1-5 тысячных долей. Для сравнения возьмем две близкие по марке плиты:

  • ПСБ-С 25 проводит 0,039 Вт/м·°С.
  • ПСБ-С 35 при большей плотности – 0,037 Вт/м·°С.

А вот с изменением толщины разница становится куда более заметной. К примеру, у самых тонких листов в 40 мм при плотности 25 кг/м3 показатель теплопроводности может составлять 0,136 Вт/м·°С, а 100 мм того же пенополистирола пропускают всего 0,035 Вт/м·°С.

Зависимость нелинейная, что связано с особенностью кондуктивной передачи. Но поскольку коэффициент высчитывается в единицу времени, а плотность материала остается неизменной, разница температур с внешней поверхностью при «продвижении» энергии сквозь плиту становится все меньше. И если толщина пенополистирола оказывается значительной, тепло просто не успевает передаться обратной стороне, что, в общем-то, и требуется от хорошей изоляции.

Сравнение с другими материалами

Средняя теплопроводность ПСБ лежит в пределах 0,037-0,043 Вт/м·°С, на него и будем ориентироваться. Здесь пенопласт в сравнении с минватой из базальтовых волокон, кажется, выигрывает незначительно – у нее примерно те же показатели. Правда, при вдвое большей толщине (95-100 мм против 50 мм у полистирола). Также принято сопоставлять проводимость утеплителей с различными стройматериалами, необходимыми для возведения стен. Хотя это и не слишком корректно, но весьма наглядно:

1. Красный керамический кирпич имеет коэффициент теплопередачи 0,7 Вт/м·°С (в 16-19 раз больше, чем у пенопласта). Проще говоря, чтобы заменить 50 мм утеплителя понадобится кладка толщиной около 80-85 см. Силикатного и вовсе нужно не меньше метра.

2. Массив дерева в сравнении с кирпичом в этом плане получше – здесь всего 0,12 Вт/м·°С, то есть втрое выше, чем у пенополистирола. В зависимости от качества леса и способа возведения стен, эквивалентом ПСБ толщиной 5 см может стать сруб шириной до 23 см.

Куда логичнее сравнивать стиролы не с минватой, кирпичом или деревом, а рассматривать более близкие материалы – пенопласт и Пеноплекс. Оба они относятся к вспененным полистиролам и даже изготавливаются из одних и тех же гранул. Вот только разница в технологии их «склеивания» дает неожиданные результаты. Причина в том, что шарики стирола для производства Пеноплекса с введением порообразователей одновременно обрабатываются давлением и высокой температурой. В итоге пластичная масса приобретает большую однородность и прочность, а пузырьки воздуха равномерно распределяются в теле плиты. Пенопласт же просто обдается паром в форме, как поп-корн, поэтому связи между вспученными гранулами оказываются слабее.

Как следствие, теплопроводность Пеноплекса – экструдированного «родственника» ПСБ – тоже заметно улучшается. Она соответствует показателям 0,028-0,034 Вт/м·°С, то есть 30 мм хватит, чтобы заменить 40 мм пенопласта. Однако сложность производства увеличивает и стоимость ЭППС, так что на экономию рассчитывать не стоит. Кстати, здесь есть один любопытный нюанс: обычно экструдированный пенополистирол немного теряет в эффективности при увеличении плотности. Но при введении в состав Пеноплекса графита эта зависимость практически исчезает.

Впрочем, если вопрос высокой прочности на повестке дня не стоит, и вам нужен просто хороший утеплитель, проще и дешевле действительно купить пенопласт. В сравнении с такими материалами, как минвата, дерево и керамический кирпич, он безусловно хорош. Главное – не использовать его на пожароопасных объектах и всегда стараться выполнять теплоизоляцию снаружи зданий.

Цены на листы пенопласта 1000х1000 мм (рубли):

Толщина листа, ммПСБ-С 15ПСБ-С 25ПСБ-С 35ПСБ-С 50
20376182124
305595123185
4073122164247
5091152205308
70127213264431
80145243328493
100181304409616

Теплопроводность пенопласта: цифры, факты и схемы

Все о ней говорят, но никто не видел. Разумеют, что она нужна, а где взять, не знают. Понимают, что надо её понижать, но как, не ведают. Ведь разговор идет о способности утеплителя не допускать передачу тепловой энергии через занятую им площадь, а проще говоря, о его низкой теплопроводности. Теплопроводность пенопласта является основной характеристикой, определяющей порядок его использования в утеплении зданий и сооружений.

Основа низкой теплопроводности

Всем своим имеющимся положительным и отрицательным свойствам, пенопласт (вспененный пенополистирол) обязан стиролу и особой технологии производства.

Вначале стирол насыщают газом или воздухом, превращая в пустотелые гранулы. Затем под воздействием горячего пара происходит многократное увеличение объёма гранул с последующим спеканием их при наличии связующего состава. Таким образом, получаемый лист состоит из множества сфер правильной формы, наполненных газом.

Стирольные стенки тонкие, но очень прочные. Даже при приложении значительных усилий, разрушить оболочку не так уж и просто. Удерживаемый внутри газ остается неподвижным при любых условиях эксплуатации, обеспечивая высокую тепловую изоляцию защищаемого объёма.

Наполнение объёма утеплителя газами зависит от его плотности. Меняется от 93 до 98 %. Чем больше процент, тем меньше плотность, тем легче материал, тем выше теплопроводность, и обычно выше качество утепления и другие важные характеристики.

Вникаем в смысл понятия

Понять смысл «теплопроводность пенополистирола» можно через физическую размерность. Измеряется данная величина в Вт/м ч К. Расшифровать её можно следующим образом: сколько ватт тепловой энергии пройдёт через толщину утеплителя площадью 1 м2 в час при снижении температуры нагретой поверхности на 1 К (Кельвин). 1 К равен 1оС.

Схема утечки тепла через утеплитель

В технических характеристиках материала разной плотности указывается коэффициент теплопроводности пенопласта. Он колеблется в диапазоне от 0,032 до 0,04 единицы. При увеличении плотности плиты это значение уменьшается.

Теплопроводность простыми словами: сколько ватт тепловой энергии пройдёт через толщину утеплителя площадью 1 м2 в час при снижении температуры нагретой поверхности на 1 К (Кельвин). 1 К равен 1оС.

Но бесконечно повышая плотность материала, невозможно добиться нулевых теплопотерь. Перейдя некоторую границу и продолжая увеличивать плотность, получим скачкообразный рост потери тепла. Необходимо понимание того, что при увеличении плотности, объём и количество газа в материале сокращаются, и как следствие, термоизоляция ухудшается.

Опытным путём установлено, что максимальная способность изолятора удерживать тепло достигается при его плотности от 8 до 35 кг/м3. Это число, указанное на упаковке, показывает, сколько весит 1 м3 утеплителя при заявленной плотности. Малая плотность – малый вес. Малый вес – удобство монтажа и укладки.

Всё тоньше, всё теплее

Для того чтобы представить эту физическую величину наглядно, проведём сравнение теплопроводности пенопласта с другими строительными материалами. Представьте, что вы стоите и смотрите с торца на разрезы стен из разных материалов. Сначала перед глазами проплывает бетонная стена толщиной 3,2 м, затем кирпичная кладка в 5 кирпичей (1,25 м), потом относительно тоненькая деревянная перегородка шириной с предплечье взрослого человека (0,40 м). И уже где-то в самом конце, незаметный лист пенопласта толщиной 0,1 м. Что же объединяет все эти материалы необъятной толщины? Только одно.

У них одинаковый коэффициент удельной теплопроводности.

Используя его низкую теплопроводимость, можно в значительной степени сократить расход достаточно дорогих в приобретении и укладке стройматериалов. Дом, построенный в 2,5 кирпича так же надёжен, как и дом с толщиной стен в 5 кирпичей. Только в первом случае расходы на отопление больше. Хотите дом теплее? Не надо возводить ещё такую же стену. Достаточно утеплить стену 50 мм плитой. Почувствуйте разницу. 2,5 кирпича по периметру дома и лист пенопласта толщиной в 50 мм. Экономим время, деньги, силы.

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.

Применяем, ориентируясь на числа

Именно коэффициент теплопроводности пенополистирола определяет порядок и место его применения.

Материал с невысокой плотностью и высокой теплопроводностью применяется для утепления вертикальных конструкций внутри помещений. Это пенополистиролы с числом «15» в маркировке. Они имеют небольшую толщину и не сильно поглощают внутренние объёмы.

Утеплитель, обозначенный числом «25», имеет возможность использования при наружном утеплении стен, межэтажных (чердачных, подвальных) перекрытий, скатных и плоских кровель, как частных домовладений, так и многоэтажных строений.

Самую высокую плотность и самое низкое значение удельной теплопроводности имеют пенопласты с числом «35» в наименовании. Они достойно утепляют заглубленные фундаменты, автомобильные дороги, взлётно-посадочные полосы.

Наверное, нет такого строительного материала, который не мог бы утеплить пенопласт. Если невозможно увидеть его высокую термоизоляции, это не значит, что её нет. В этом можно убедиться после утепления дома, получив счёт за потреблённые энергоресурсы.

от чего зависит, сравнение с минватой и Пеноплексом, цены

Одна из самых важных характеристик при выборе любого утеплителя – теплопроводность. Ее коэффициент показывает, сколько тепла проходит через материал (пенопласт, Penoplex, кирпич, минвату) за определенное время. Чем дольше длится процесс такого теплообмена, тем ниже будет его значение и, соответственно, тем больше тепла останется внутри помещения.

Оглавление:

  1. От чего зависит теплопроводность?
  2. Сравнение с Пеноплексом и минватой
  3. Цена пенополистирола

Что влияет на теплопередачу?

Существует несколько факторов, которые значительно влияют на ее величину:

  • наличие пор и их структура;
  • плотность, толщина;
  • влагопоглощаемость.

Благодаря наличию пор в материале, как, например, в пенопласте и Пеноплексе, они имеют низкую теплопередачу. Внутри гранул нет ничего, кроме воздуха, а он имеет самую малую величину коэффициента – 0,022 Вт/м·К. Закрытые и маленького размера поры также затрудняют передачу тепловой энергии, а если они открытые и соединены между собой, то появляется конвекция, из-за которой повышается теплопроводность.

Чем плотнее материал, тем быстрее он пропускает тепло, как, например, металл или графит. Для сравнения, плотность пенопласта составляет 18 кг/м3, а у сплошного силикатного кирпича – около 1800 кг/м3, следовательно, у первого теплопередача будет очень низкая, а у второго – весьма высокая. Ко всему этому немаловажное значение имеет способность утеплителя поглощать воду, так как при попадании влаги внутрь она вытесняет сухой воздух, тем самым повышая передачу тепловой энергии.

Таблица с величинами коэффициентов теплопроводности:

Наименование теплоизоляции Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/м·К
Минвата 200 0,08
125 0,07
Пенополистирол ПСБ-С 15 до 15 0,043
ПСБ-С 25 15,1-25 0,041
ПСБ-С 35 15,1-35 0,038
ПСБ-С 50 15,1-50 0,041
Пеноплекс 33-45 0,03-0,032
Пустотелый керамический кирпич 1200 0,52
Сплошной силикатный кирпич 1800 0,47
Стекловата 75-175 0,032-0,041

Значение величины теплопроводности гранул пенопласта в зависимости от толщины:

Толщина, мм Коэффициент теплопередачи, Вт/м·К
30 0,04
50 0,03-0,037
100 0,03-0,046
150 0,02

Сравнение с другими утеплителями

Пенопласт получается в результате вспенивания полистирола, благодаря чему появляются наполненные газом поры, а Пеноплекс – экструдированный пенополистирол, произведенный методом экструзии, поэтому его гранулы имеют меньший размер. К тому же из-за равномерного и упорядоченного расположения ячеек в экструзионном, он является более прочным утеплителем, что позволяет ему сильнее изгибаться и меньше продавливаться под нагрузкой. Оба материала имеют наивысшие степени пожароопасности, поэтому обязательно следует учитывать это во время монтажа.

Сравнительная таблица Пеноплекса и пенополистирола:

Пенопласт Пеноплекс
Плотность, кг/м3 18 25-32
Влагопоглощаемость, % 0,8-1,2 0,4
Паропроницаемость, мг/(м·ч·Па) 0,05 0,02
Теплопроводность, Вт/м·К 0,031-0,041 0,03

По величине теплопроводности пенопласт проигрывает Пеноплексу, и по другим показателям также. Но даже если утеплять дом обычным вспененным полистиролом, то теплопотери могут сократиться практически на 40%. Главное – провести все работы по монтажу согласно всем требования производителя, в том числе не допустить попадания влаги между стеной и теплоизоляцией и ограничить доступ для грызунов.

По всем свойствам пенопласт и в сравнении с минватой весьма различается:

Минвата
Плотность, кг/м3 10-300
Влагопоглощаемость, % более 1%
Паропроницаемость, мг/(м·ч·Па) 0,4-0,5
Теплопередача, Вт/м·К 0,045 (при 35 кг/м3) -0,7

По коэффициенту теплопередачи пенопласт имеет наилучшее значение, но по паропроницаемости показатель у минваты намного лучше, в итоге ее свободно можно использовать внутри жилых помещений, к тому же она огнеустойчива, в отличие от вспененного полистирола. Также благодаря производству из минерального сырья она не выделяет во время горения опасных веществ, и, разлагаясь, не загрязняет окружающую среду. Но минвата по сравнению со вспененным полистиролом имеет намного больший вес, поэтому для ее монтажа, особенно на стены, требуется крепкая конструкция.

Стоимость

Таблица цен, по которым можно купить пенопласт:

Наименование марки пенополистирола Размеры, мм (длина/ширина/толщина) Плотность, кг/м3 Стоимость за м2, рубли
Knauf Therm Compack 1000x600x50 10-15 150
Therm Wall Light 1000x1200x100 10-12 190
1000х1200х50 10-12 100
1000х1200х20 10-12 40
Therm Facade 1000x1200x100 15,1-17,2 390
Therm Wall 2000х1200х50 10-12 150
ПСБ-С 15 1000х1000х20 15 50
1000х1000х30 60
1000х1000х40 80
1000х1000х50 90
1000х1000х100 170
ПСБ-С 25 1000х1000х20 20 80
1000х1000х30 120
1000х1000х40 140
1000х1000х50 150
1000х1000х100 300
ПСБ-С 35 1000х1000х20 35 100
1000х1000х30 140
1000х1000х40 180
1000х1000х50 200
1000х1000х100 400

Выбирая утеплитель, следует помнить, что чем выше коэффициент теплопередачи, тем большее количество слоев придется монтировать. Так, например, базальтовая минвата толщиной в 100 мм имеет практически такую же проводимость тепла – 0,042 Вт/м·К, как у пенополистирола размером 50 мм – 0,046 Вт/м·К, а теплопроводность Пеноплекса с 50 мм и 100 мм – 0,03 Вт/м·К. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, так минеральную вату рекомендуется использовать там, где требуется повышенная паропроницаемость и устойчивость к большим температурам, стекловату следует применять для гаражей или любых других мест, где высока вероятность возгорания.

Пенопласт и экструдированный пенополистирол все же лучше располагать снаружи здания, а не внутри, так меньше шансов для образования конденсата между стеной и утеплителем.

Дата: 5 июля 2016

Теплопроводность пенопласта – точные данные

Пенопласт имеет следующие преимущества перед другими утеплительными материалами: экологичность, лёгкость, гигроскопичность, невысокая стоимость. Однако, главное достоинство — низкая теплопроводность пенопласта, которая делает его одним из наиболее распространенных теплоизолирующих материалов.

Общее описание

Пенопласт представляет собой плиты различной толщины, состоящие из вспененного материала – полимера. Теплопроводность пенопласта обеспечивается воздухом, из которого он состоит на 95-98%, т.е. газа, который не пропускает тепло.

Так как пенопласт в своей основе состоит из воздуха, то он имеет крайне низкую плотность, и, соответственно, малый удельный вес. Также пенопласт обладает очень хорошей звукоизоляцией (тонкие перегородки ячеек, заполненные воздухом – очень плохой проводник звуков).

В зависимости от исходного сырья (полимера) и процессов изготовления, можно производить пенопласт разной плотности, устойчивости к воздействию механических факторов, устойчивости к иным видам воздействия. В связи с вышеперечисленным, обусловливается выбор определенного вида пенопласта и его применение.

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.

Какие листы выбрать?

Чтобы добиться наиболее эффективной теплоизоляции стены, необходимо правильно рассчитать толщину используемого утеплителя. Для примера рассчитаем, какой толщины нужен утеплитель для стены толщиной в один кирпич.

Сначала необходимо узнать общее теплосопротивление. Это постоянное значение, зависящее от климатических условий в определенной области страны. На юге России она составляет 2,8 кВт/м2, для полосы умеренного климата — 4,2 кВт/м2. Затем найдем теплосопротивление кирпичной кладки: R = p/k, где p – толщина стены, а k – коэффициент, указывающий, насколько сильно стена проводит тепло.

Имея начальные данные, мы можем узнать, какое теплосопротивление утеплителя необходимо использовать, применив формулу p=R*k. где R — общее теплосопротивление, а k — значение теплопроводности утеплителя.

Возьмем для примера пенопласт марки ПСБ-С 35, имеющий плотность 35 кг/м3 для стены, толщиной в один кирпич (0,25 м) в регионе средней полосы России. Общее теплосопротивление имеет значение 4,2 кВт/м2.

Для начала необходимо узнать теплосопротивление нашей стены (R1). Коэффициент для силикатного пустотного кирпича составляет 0,76 Вт/м•С (k1), толщина – 0,25 м (p1). Находим теплосопротивление:

R1 = p1 / k1 = 0,25 / 0,76 = 0,32 (кВт/м2).

Теперь находим теплосопротивление для утеплителя (R2):

R2 = R – R1 = 4.2 – 0,32 = 3,88 (кВт/м2)

Значение теплосопротивления пенопласта ПСБ-С 35 (k2) равен 0,038 Вт/м•С. Находим требуемую толщину пенопласта (p2):

p2 = R2*k2 = 3.88*0.038 = 0.15 м.

Вывод: при заданных условиях нам необходим пенопласт ПСБ-С 35 15 см.

Аналогичным способом можно сделать расчеты для любого материала, используемого в качестве утеплителя. Коэффициенты теплопроводности разных строительных материалов можно найти в специальной литературе или в сети Интернет.

Теплопроводность пенопласта

Основной характеристикой, благодаря которой пенополистирол получил широкое признание в качестве материала для утепления №1, является сверхнизкая теплопроводность пенопласта. Относительно небольшая прочность материала с лихвой компенсируется такими преимуществами, как стойкость к воздействию большинства агрессивных соединений, небольшой вес, нетоксичность и безопасность при работе. Хорошие теплоизолирующие свойства пенопласта дают возможность обустроить утепление дома по относительно небольшой цене, при этом долговечность такого утепления рассчитана на срок не менее 25 лет службы.

Что нужно знать о теплопроводности пенопласта

Способность материала к теплопередаче, проводить или задерживать тепловые потоки принято оценивать коэффициентом теплопроводности. Если посмотреть на его размерность – Вт/м∙Со, то становится понятным, что это величина удельная, то есть определенная для следующих условий:

  • Отсутствие влаги на поверхности плиты, то есть коэффициент теплопроводности пенопласта из справочника — это величина, определенная в идеально сухих условиях, которых в природе практически не существует, разве что в пустыне или в Антарктиде;
  • Значение коэффициента теплопроводности приведено к толщине пенопласта в 1 метр, что очень удобно для теории, но как-то не впечатляет для практических расчетов;
  • Результаты измерения теплопроводности и теплопередачи выполнены для нормальных условий при температуре 20оС.

Согласно упрощенной методике, при расчетах термического сопротивления слоя пенопластового утеплителя нужно умножить толщину материала на коэффициент теплопроводности, затем умножить или разделить на несколько коэффициентов, используемых для того, чтобы учесть реальные условия работы теплоизоляции. Например, сильное обводнение материала, или наличие мостиков холода, или способ монтажа на стены здания.

Насколько теплопроводность пенопласта отличается от других материалов, можно увидеть в приведенной ниже сравнительной таблице.

На самом деле не все так просто. Для определения значения теплопроводности можно составить своими руками или использовать готовую программу для расчета параметров утепления. Для небольшого объекта обычно так и поступают. Частник или самозастройщик может вообще не интересоваться теплопроводностью стен, а уложить утепление из пенопластового материала с запасом в 50 мм, что будет вполне достаточно для самых суровых зим.

Большие строительные компании, выполняющие утепление стен на площади десятков тысяч квадратов, предпочитают поступать более прагматично. Выполненный расчет толщины утепления используется для составления сметы, а реальные значения теплопроводности получают на натурном объекте. Для этого наклеивают на участок стены несколько различных по толщине листов пенопласта и измеряют реальное термосопротивление утеплителя. В результате удается рассчитать оптимальную толщину пенопласта с точностью до нескольких миллиметров, вместо приблизительных 100 мм утеплителя можно уложить точное значение 80 мм и сэкономить немалую сумму средств.

Насколько выгодно использование пенопласта в сравнении с типовыми материалами, можно оценить из приведенной ниже диаграммы.

От чего зависит теплопроводность пенопласта

Величина теплопроводности пенопласта, как и любого другого материала, зависит от трех основных составляющих:

  1. температуры воздуха;
  2. плотности пенопластовой плиты;
  3. уровня влажности среды, в которой используется утеплитель.

Как видно из схемы, при низких температурах воздуха градиент по толщине стенки линейно меняется от отрицательных значений на наружной поверхности облицовки до +20оС внутри помещения. Необходимо так подобрать теплопроводность и толщину материала, чтобы точка росы или, другими словами, температура, при которой начинают конденсироваться пары воды, находилась внутри массива пенопласта.

Влияние плотности и влажности окружающей среды

Несмотря на все заверения производителей, пенопласт способен поглощать и проводить водяные пары, для сравнения, величина паропроницаемости для пенопластового листа всего лишь на 20% ниже проницаемости древесины. Естественно, наличие водяных паров в толще пенопласта существенным образом влияет на его теплопроводность. Найти зависимость в справочниках практически невозможно, поэтому при расчетах делают эмпирическую поправку на теплопроводность, исходя из толщины теплоизоляции.

Пенопласт способен поглощать в поверхностных слоях до 3% воды. Глубина поглощения составляет 2 мм, поэтому при определении теплопроводности материала эти миллиметры выбрасывают из эффективной толщины теплоизоляции. Поэтому лист пенопласта толщиной в 10 мм будет в сравнении с листом в 50 мм иметь теплопроводность не в 5 раз больше, а в 7 крат. При значительной толщине пенопласта, более 80 мм, теплосопротивление увеличивается значительно быстрее, чем его толщина.

Вторым фактором, влияющим на теплопроводность, является плотность материала. При одинаковой толщине материал разных марок может иметь плотность в два раза больше. Принято считать, что 98% структуры утеплителя составляет высушенный воздух. С увеличением вдвое количества полистирола в плите, естественно, теплопроводность также увеличивается, примерно на 3%.

Но дело даже не в количестве полистирола, меняется размер шариков и ячеек, из которых состоит пенопласт, образуются локальные участки с очень высокой теплопроводностью, или мостики холода. Особенно это касается трещин и стыков, любых зон деформации и установки креплений. Поэтому при установке зонтичных дюбелей количество креплений рекомендуют ограничивать 3 точками.

Влияние химического состава на теплопроводность

Мало кто обращает внимание на особые свойства пенопласта. Сегодня наиболее серьезной проблемой пенопласта считается его способность к воспламенению и выделению токсичных продуктов сгорания. СНиП и ГОСТ требуют, чтобы пенопласт, используемый для утепления жилых зданий, имел время самозатухания не более 4 с. Для этого используются соли ряда цветных металлов, таких как хром, никель, железо, включение в состав веществ, выделяющих углекислый газ при нагревании.

В результате на практике пенопласт с индексом «С» — самозатухающий имеет теплопроводность значительно выше, чем обычные марки пенополистирола. Практика использования пенополистирола для утепления в Евросоюзе показала, что более выгодным и дешевым является нанесение на внешнюю поверхность немодифицированного пенопласта специального покрытия из газообразующих агентов. Такое решение позволяет сохранить теплосберегающие свойства и экологичность материала, одновременно значительно повысить пожаробезопасность.

Заключение

Теплопроводность пенопласта практически не меняется с течением времени, как, например, у минеральной ваты или газосиликатных блоков. Единственной проблемой является деградация пенополистирола под действием солнечных лучей и рассеянного ультрафиолета. При длительном облучении материал становится рыхлым, покрывается трещинами и легко наполняется конденсатом, поэтому для сохранения первоначального значения теплопроводности необходимо закрывать утеплитель облицовкой.

классификация и его особенности использования

Утеплить помещение можно различными методами. Например, использовать пенопласт. Его отличительная характеристика – это высокие эксплуатационные качества. Самым основным достоинством пенопласта является низкая теплопроводность. Это качество помогает хорошо сохранять тепло. Помимо этого, пенопласт имеет и другие плюсы.
  1. Практичность.
  2. Экологичность.
  3. Легкость.
  4. Простая установка.
  5. Способность выдерживать температурные перепады.
  6. Доступная цена.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Плиты пенопласта изготавливаются различной толщины. Поэтому существуют многочисленные факторы, которые влияют на тепловодность материала.

  • Толщина слоя. Чтобы добиться качественного энергосбережения, необходимо делать слой толще. Например, слой в 5 см будет меньше пропускать тепла, чем слой в 1 см.
  • Структура материала. Его пористость усиливает изоляционные качества. Все потому что в ячейках содержится воздух. А он хорошо сохраняет теплопроводность пенопласта.
  • Влажность. В процессе хранения пенопласт необходимо защищать от влаги. Она неблагоприятно влияет на характеристики материала, даже наоборот.
  • Средняя температура слоя. Если температура увеличится, это повлечет за собой последствия. Эффективность использования изолятора станет хуже.

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.

Особенности теплопроводности

Пенополистирол хорошо сохраняет не только тепло, но и холод. Такие возможности объясняются благодаря его строению. В состав этого материала конструктивно входит огромное количество герметичных многогранных ячеек. Каждая имеет размер от 2 до 8 мм. И внутри каждой ячейки есть воздух, в составе 98%. Именно он и служит отличным теплоизолятором. Оставшиеся 2% всей массы материала приходится на полистирольные стенки ячеек.

В этом можно убедиться, если взять, например, кусок пенопласта. Толщиной 1 метр и площадью 1 квадратный метр. Одну сторону нагреть, а другую сторону оставить холодной. Разница между температурами будет десятикратная. Чтобы получить коэффициент теплопроводности, необходимо измерить количество теплоты, что переходит от теплой части листа на холодную.

Люди привыкли, постоянно интересоваться плотностью пенополистирола у продавцов. Все потому что плотность и тепло, тесно связаны между собой. На сегодняшний день современный пенопласт не требует проверки его плотности. Изготовление улучшенного утеплителя предусматривает добавление специальных графитовых веществ. Они делают коэффициент теплопроводности материала неизменным.

Теплопроводность пенополистирола в сравнении

Если сравнить пенопласт со многими другими строительными материалами, можно сделать колоссальные выводы.

Показатель теплопроводности пенопласта оставляет от 0,028 до 0,034 ватта на метр/Кельвин. Если плотность увеличивается, теплоизоляционные свойства экструзионного пенополистирола без графитовых добавок уменьшаются.

Слой экструзионного пенопласта в 2 см способен удержать тепло, как слой минеральной ваты в 3,8 см, как обычный пенопласт, слоем 3 см или как деревянная доска, толщина которой составляет 20 см. Для кирпича эти способности приравниваются к толщине стенки в 37 см. Для пенобетона – 27 см.

Классификация пенополистирола

Обычный пенопласт

Теплоизоляционный материал, который получают в результате вспенивания полистирола. Как уже упоминалось выше, его объем – это 98% воздуха, который запечатан в гранулы. Это говорит не только о его отличных теплоизоляционных качествах, но и о звукоизоляционных свойствах.

Главное преимущество материала – отсутствие способности поглощать влагу. Кроме того, он не гниет и биологически не разлагается. Долговечный материал, небольшой массы и удобный в использовании. Его можно приклеить к любому строительному материалу.

Пенополистирол легко подается горению, но в его составе есть такое вещество, как антипирена. Именно оно и наделяет пенопласт способностью самозатухать. Кроме того, пенополистирол нельзя использовать для утепления фасадов. Это объясняется его низкой паропроницаемостью. А для того чтобы провести работы с пенопластом под кровлей, следует хорошо продумать систему вентиляции.

Использование в зависимости от марки материала

  • ПСБ-С 15. Маркировка пенопласта говорит о том, что им можно утеплить конструкции, которые не подвергаются механическим нагрузкам. Например, утепление кровли, пространства между стропами и потолочного перекрытия.
  • ПСБ-С 25 и 25Ф. Распространенная маркировка пенополистирола. Говорит о том, что можно утеплять любую поверхность. Стены, фасады, потолки или напольное покрытие, кровлю.
  • ПСБ-С 35 и 50. Таким материалом можно утеплять объекты, которые находятся под постоянно высокой нагрузкой.

Экструдированный пенополистирол

Теплоизоляционный материал, который обладает высоким эффектом и качеством. Его чаще всего используют для утепления ограждающих конструкций. И коэффициент теплопроводности колеблется от 0,027 до 0,033 Вт/м К.

Структура материала ячеистая. И полная закрытость каждой ячейки обеспечивает абсолютную защиту от проникновения воды. Поэтому такой материал и рекомендуют использовать там, где влажность повышенная или там, где материал может контактировать с водой. Это утепление подвального помещения или фундамента коттеджа. Даже в условиях недостаточной гидроизоляции, экструдированный пенополистирол сохранит свои теплоизоляционные качества.

Кроме этого, такой материал отличается высокой устойчивостью к различным деформациям. Эта особенность позволяет использовать его как утеплитель для поверхностей, несущие большие нагрузки. Например, экструдированным пенополистиролом можно утеплить фасады. Особенно если материал облицовки очень тяжелый.

Что касается температуры. Пенополистирол способен выдерживать резкие скачки, от -120 до +175 градусов. При этом его структура остается целой и невредимой.

Недостатками этого материала является горючесть, но, как и пенопласт, его составные элементы способны заставить его затухнуть. Контакт пенополистирола со сложными углеводами может привести к разрушению.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Теплопроводность пенополиуретана

Теплопередача:
  1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
  2. Тепло- и массообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
  3. Министерство энергетики США, термодинамика, теплопередача и поток жидкости. Справочник по основам DOE, том 2 из 3.Май 2016.

Ядерная и реакторная физика:

  1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Эддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
  2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
  3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
  4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
  5. W.С.С. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
  6. Г. Р. Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
  7. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерных реакторов, 1988 г.
  8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам DOE, тома 1 и 2. Январь 1993 г.
  9. Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Advanced Reactor Physics:

  1. K.О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
  2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
  3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
  4. Э. Льюис, У. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

Экспериментальное исследование теплопроводности пенополиуретана

https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.12.057Получить права и содержание

Основные моменты

Теплопроводность пенополиуретана измеряется ниже различные среды методом TPS.

Спектральный коэффициент ослабления пенополиуретана измерен методом FTIR.

Теплопроводность пенополиуретана немонотонно увеличивается с температурой.

Теплопроводность пенополиуретана увеличивается до 10–18% во влажном воздухе.

Радиационная теплопроводность пенополиуретана может быть рассчитана по модели Росселанда.

Реферат

Пенополиуретаны широко используются в области энергосбережения, и теплопроводность является одним из важнейших свойств. Чтобы выявить и оптимизировать теплоизоляционные характеристики пенополиуретана, теплопроводность пяти образцов пенополиуретана, образованных вспенивающими агентами CP, CP + IP, CP + 245fa и CP + 245fa + LBA, измеряется с использованием метода источника переходной плоскости в различных средах. .Всесторонне исследовано влияние температуры, влажности, водопоглощения, попеременной высокой и низкой температуры, длительного хранения при высокой температуре и атмосферного давления газа на теплопроводность форм ПУ. Обсуждается температурный механизм, влияющий на теплопроводность пенополиуретана. Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье применяется для измерения спектральных коэффициентов экстинкции этих пяти образцов. Со спектральным коэффициентом экстинкции радиационная теплопроводность рассчитывается по модели Росселанда.Затем разлагаются вклады лучистой теплопроводности в эффективную теплопроводность. Теплопроводность пяти пен немонотонно увеличивается с температурой. При хранении во влажном воздухе теплопроводность может увеличиваться до 10–18%. Излучательная теплопроводность составляет 3,6–4,1% при –40 ° C, 7,3–9,0% при 20 ° C и 9,1–11,8% при 70 ° C в эффективную теплопроводность.

Ключевые слова

Пенополиуритан

Теплопроводность

Пенообразователь

Метод источника переходной плоскости

Коэффициент экстинкции

Радиационная теплопроводность

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2017 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Теплопроводность

.. аэрогель
Материал Теплопроводность
(кал / сек) / (см 2 C / см)
Теплопроводность
(Вт / м K) *
Diamond 1000
Серебро 1,01 406,0
Медь 0,99 385.0
Золото 314
Латунь 109,0
Алюминий 0,50 205,0 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9011 9020 9011 9020
Сталь 50,2
Свинец 0,083 34,7
Меркурий 8,3
Лед 0.005 1,6
Стекло обычное 0,0025 0,8
Бетон 0,002 0,8
Вода при 20 ° C 0,0014 9011 9011 9011 0,69 9011 0,0004 0,08
Снег (сухой) 0,00026
Стекловолокно 0,00015 0,04
Кирпич, изоляционный 0,15
Кирпич красный 0,6
Пробковая плита 0,00011 0,04
Войлок 0,0116 0,0116 0,04
Полистирол (пенополистирол) 0,033
Полиуретан 0,02
Дерево.0001 0,12-0,04
Воздух при 0 ° C 0,000057 0,024
Гелий (20 ° C) 0,138
0,172
Азот (20 ° C) 0,0234
Кислород (20 ° C) 0,0238
Silica 0,003

* Большая часть от Янга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и диоксида кремния из Справочника по химии и физике CRC.

Обратите внимание, что 1 (кал / сек) / (см 2 C / см) = 419 Вт / м K. Имея это в виду, два приведенных выше столбца не всегда совпадают. Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными.

Значение 0,02 Вт / мК для полиуретана можно принять как номинальное значение, которое определяет пенополиуретан как один из лучших изоляторов.NIST опубликовал процедуру численного приближения для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethane.html. Их расчет для полиуретана, наполненного фреоном, плотностью 1,99 фунт / фут 3 при 20 ° C дает теплопроводность 0,022 Вт / мК. Расчет для полиуретана с наполнителем CO 2 плотностью 2,00 фунт / фут 3 дает 0,035 Вт / мК.

Указатель

Таблицы

Справочный номер
Young
Ch 15.

Как тепловая активность может улучшить ваш сон

Как тепловая эффузия матраса может повлиять на ваш режим сна и какие термальные материалы способствуют созданию спокойной среды

Качественный сон каждую ночь – важный аспект поддержания здорового тела и образа жизни. Человеческое тело не смогло бы выжить без сна, поскольку он помогает поддерживать многие жизненно важные функции организма. Взрослым в возрасте 18–64 лет требуется 7–9 часов сна каждую ночь, и каждый четвертый взрослый не соответствует этому стандарту.

Рис. 1. Матрас способствует хорошему ночному сну

Комфортность матраса может быть важным фактором, влияющим на качество сна человека. Матрасы – одна из старейших предметов домашнего обихода, поскольку археологи обнаружили артефакты матрасов, датируемые более 77000 лет назад. С тех пор наука о комфорте матраса значительно улучшилась, поскольку новые технологии стремятся объединить различные материалы для создания идеальной поверхности для сна.

Неудобная среда – одно из главных препятствий для полноценного сна. Идеальная температура в помещении для качественного сна составляет от 16 ° C до 18 ° C, и более высокие температуры могут кардинально изменить режим сна. Сон на матрасе, который может обеспечить охлаждающий эффект, может значительно улучшить сон человека.

Термическая эффективность

Ощущение «прохлады», создаваемое некоторыми матрасами при прикосновении, напрямую связано с термической эффузией материала матраса.Термическая эффузия относится к способности материала обмениваться теплом с окружающей средой.

Пример термической эффузии – ощущение холода, которое испытывает металлический предмет при прикосновении. Металлы обладают высокой теплопроводностью и быстро поглощают тепло из окружающей среды. Когда рука касается металла, металл быстро забирает тепло из руки и рассеивает его. Скорость этого взаимодействия делает металл холодным на ощупь.

Дерево – это материал с низкой теплопроводностью, который кажется теплым на ощупь при комнатной температуре.Это связано с тем, что атомы древесины отводят тепло от руки гораздо медленнее, чем атомы металла. Выбор матраса, который состоит из материалов с высокими значениями термической эффузии, создаст более прохладную среду для сна, поскольку тепло может легче обмениваться с окружающей средой.

Разновидности матрасов

Латексные и пружинные матрасы

Латексные матрасы – одна из самых популярных разновидностей на рынке, поскольку они являются более прочной альтернативой пене с эффектом памяти.Латекс часто изготавливается из натуральных и органических материалов, которые являются гипоаллергенными и пыленепроницаемыми. Эти матрасы очень отзывчивые и упругие. Они также оставляют дополнительное пространство между спальным местом и поверхностью матраса. Это дополнительное пространство позволяет захваченному воздуху циркулировать, создавая более прохладную среду.

Латекс, естественно, является материалом с низкой эффузивностью и относительно теплым на ощупь, но все же имеет лучшую циркуляцию и эффузию, чем пена с эффектом памяти. Пружинные матрасы – еще одна популярная альтернатива матрасам из пеноматериала с эффектом памяти «формочка для печенья».Витые пружины создают пространство между плотно упакованными волокнами матраса, обеспечивая циркуляцию воздуха и конвекцию тепла. Большая конвекция внутри матраса может помочь отвести избыточное тепло тела от спящего и сделать матрас более прохладным на ощупь, поскольку отводится больше тепла.

Рисунок 2: Изображение пружинного матраса в разрезе

Матрасы из пены с эффектом памяти

Пена с эффектом памяти в настоящее время является самым популярным материалом для матрасов на рынке. Он приобрел свою популярность благодаря своей универсальности и широкому спектру приложений.Пена с эффектом памяти была впервые разработана в середине 1960-х годов для использования в качестве подушек сидений в самолетах НАСА для повышения комфорта во время длительных путешествий. Он использует тепло тела для придания определенной формы индивидуальным чертам лица, устраняя прямое давление на определенные области тела. Хотя пена с эффектом памяти чрезвычайно удобна, она имеет очень низкую термическую эффузию и сильно ограничивает поток воздуха. Он состоит из пенополиуритана, который является одним из самых популярных изоляционных материалов для дома с теплопроводностью 0.002 – 0,0035 Вт / мК.

Все пены обладают высокой пористостью и содержат множество карманов, заполненных воздухом и газом. Воздух и большинство газов имеют низкую теплопроводность и, когда присутствуют в материале, могут ограничивать конвекцию и влиять на способность материалов к теплопередаче.

Присадки

В матрас из пены с эффектом памяти можно добавить дополнительные вещества, чтобы увеличить его тепловую эффузию и сделать матрас более прохладным на ощупь. Одна из самых популярных добавок – частицы геля.Эти частицы геля похожи на частицы спортивного инвентаря и многоразовые пакеты со льдом. Добавление геля к поролоновому матрасу может значительно улучшить его тепловую эффузию и проводимость, однако за это приходится платить.

Матрас из пенополиуретана с охлаждающим гелем стоит в среднем на 5–20% дороже, чем стандартный матрас из пенополиуретана. Многие гелевые матрасы также содержат вещество, известное как материал с фазовым переходом (PCM). PCM – нетоксичное, негорючее вещество, которое помогает регулировать температуру тела и поглощать избыточное тепло тела.Некоторые другие материалы, которые используются в матрасе из пены с эффектом памяти для увеличения охлаждающей способности, включают медь, бамбук и клетчатое волокно.

Медь

Медь имеет третье место по теплопроводности среди всех известных материалов с измеренными значениями 386 Вт / мК. Ее значения проводимости в 20 000 раз выше, чем у обычного пенополиуретана, поэтому при добавлении в матрас медь может существенно повысить свои теплопередающие способности. Высокая теплопроводность и эффузия меди делают ее отличным дополнением к матрасу, которое способствует теплообмену и повышает уровень конвекции.Медь является естественным антибактериальным металлом, который помогает предотвратить рост грибков и бактерий на матрасе. Добавление незначительных количеств меди в матрас из пены с эффектом памяти может сильно повлиять на его тепловые характеристики.

Бамбук

Бамбуковый наматрасник – еще одно дополнение, которое может увеличить тепловую эффузию и способствовать более эффективной передаче тепла. Бамбук – это натуральный материал, состоящий из чрезвычайно проницаемых для воздуха и влаги молекул, которые обеспечивают ему впечатляющую способность отводить влагу (в 2 раза сильнее, чем у хлопка).Бамбуковый чехол может помочь создать сухую и комфортную среду для спящего и может быть использован поверх матраса любого размера и разновидности.

клетчатое волокно

Celliant fiber – синтетический материал, состоящий из 13 природных минералов в сочетании с полимерной смолой. Этот материал предназначен для поглощения энергии, выделяемой телом, и преобразования ее в энергию инфракрасного излучения за счет изменения длины волны. Эта передовая технология разработана для улучшения окисления тканей человека, регулирования температуры тела и улучшения кровообращения.Покрытия из волокна Celliant в основном состоят из полиэстера с добавлением минералов и составляют примерно 1/5 толщины матраса. Согласно клиническим испытаниям, проведенным в Калифорнийском университете в Ирвине, спящие с клетками проводят меньше времени после засыпания после сна, чем спящие без клеток. Способность сотового укрытия превращать избыточное тепло тела в инфракрасное излучение, по-видимому, напрямую снижает температуру поверхности сна и позволяет пользователю спокойно отдыхать.

Рис. 4. Схема, показывающая, как матрасы Celliant могут преобразовывать тепло тела в энергию инфракрасного излучения.

Дополнительные методы

Некоторые дополнительные способы понизить температуру в помещении для сна – это освободить пространство вокруг матраса, чтобы обеспечить больший приток воздуха.Дополнительный воздушный поток может способствовать конвекции и теплопередаче, что приведет к перемещению горячего воздуха, захваченного внутри матраса, наружу и привлечению более холодного воздуха. Каркас кровати из цельного дерева также может затруднить циркуляцию воздуха по матрасу. Металлический каркас кровати или его отсутствие – лучший вариант для увеличения воздушного потока и термической эффузии.

Заключение

Поскольку кажется, что мир с каждым днем ​​вращается все быстрее и быстрее, сейчас как никогда важно поддерживать здоровье тела, получая правильное количество сна.Выбор правильного матраса, который будет способствовать долгому и комфортному сну, может оказаться сложной задачей. По мере того, как технологии продолжают развиваться, усложняется такая простая вещь, как матрас. Комфортная температура сна является одним из наиболее важных аспектов хорошего сна, и на него может влиять материал, из которого сделан матрас. Выбор матраса из материала с высокой теплопроводностью и термической эффузией может помочь создать более прохладную и комфортную атмосферу для сна, которая может дать организму отдых, необходимый для правильного функционирования.

Список литературы

Польза для здоровья от сна на меди . (нет данных). Получено с https://ayercomfort.com/blogs/articles/health-benefits-of-copper

.

Агентство общественного здравоохранения Канады . (2019, 14 марта). Правительство Канады. Получено с https://www.canada.ca/en/public-health/services/publications/healthy-living/canadian-adults-getting-enough-sleep-infographic.html

.

Наука, лежащая в основе лучшего ночного сна, клетчатка Celliant .(нет данных). Получено с https://www.havenmattress.ca/blogs/natural-plant-based-memory-foams-make-for-better-sleep/the-science-behind-a-better-nights-sleep-celliant-fiber

.

Что лучше: матрас из латекса или пены с эффектом памяти? (20 июля 2018 г.). Получено с https://www.mysleepyferret.com/latex-vs-memory-foam-mattress/

.

Шерсть против пуховых одеял . (нет данных). Получено с https://www.thewoolroom.com/us/blog/wool-vs-down-comforters/

.

Маджумдар, А., Мухопадхьяй, С., & Ядав, Р. (2010). Тепловые свойства трикотажных полотен из хлопка и регенерированных бамбуковых целлюлозных волокон . Международный журнал термических наук, 49 (10), 2042-2048. DOI: 10.1016 / j.ijthermalsci.2010.05.017

Источники изображений:
pixabay.com
https://oursleepguide.com/
https://www.topmattress.com/

Автор: Каллиста Уилсон | Младший технический писатель | Thermtest

Влияние плотности, рассеяния фононов и нанопористости на теплопроводность анизотропных пен с нанокристаллами целлюлозы

Приготовление, структура и пористость литых пен с ЧПУ

Мы приготовили анизотропные пены из дисперсий нанокристаллов целлюлозы (CNC) с помощью ледяной темплатуры , или литье вымораживанием с последующей сушкой вымораживанием.ЧПУ предлагают более широкий диапазон концентраций дисперсии, чем, например, дисперсии CNF, которые загустевают при относительно низком содержании твердого вещества 19 и становятся очень вязкими и трудными для обработки. Плотность лиофилизированных и лиофилизированных пен напрямую зависит от содержания твердых веществ в исходных жидких дисперсиях, и мы охватили диапазон концентраций дисперсий от 2,0 до 10,5 мас.% (Рис. 1а). Более разбавленные дисперсии не приводят к образованию самостойких пен без добавления связующих или добавок, тогда как более концентрированные дисперсии трудно перерабатывать из-за их высокой вязкости.Корреляция между концентрациями дисперсии и плотностью пены представлена ​​в дополнительной таблице S1, и пены будут обозначаться, как указано в крайнем правом столбце, с аббревиатурой, указывающей их плотность в сухом состоянии (в кг м −3 ) .

Рисунок 1

Анизотропные пенопласты с ЧПУ, полученные литьем вымораживанием водных дисперсий; ( a ) Концентрация дисперсии CNC и соответствующие диапазоны плотности пены, изученные в данном документе. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) изображения поперечных сечений столбчатых макропористых структур для пен с плотностями; ( b ) 40 кг м −3 ; и; ( c ) 130 кг м −3 .Изображения стенок пенопласта, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии (HRSEM) с высоким разрешением, наблюдаемые в лиофилизированных и лиофилизированных пенах с плотностями; ( d ) 40 кг м −3 ; и; ( e ) 130 кг м −3 . Толщина стенок пенопласта указана желтыми стрелками.

Пены были произведены с использованием ЧПУ CelluForce, с диаметром 4,3 ± 0,8 нм и длиной 173 ± 41 нм (дополнительный рис. S1), что соответствует среднему аспектному соотношению около 40. ЧПУ содержат полуэфиры сульфата в качестве поверхности группы и поверхностный заряд 0.31 ± 0,01 ммоль OSO 3 г –1 .

Макропоры, то есть поры, которые окружены стенками из пенопласта, сделанными из льда, имеют столбчатую форму из-за однонаправленного роста льда (дополнительный рис. S2) с удлиненными поперечными сечениями (рис. 1b, c). Пористость пен с ЧПУ, которая была определена гравиметрическим методом в безводной атмосфере, составляла от 98,3 до 91,3%, что соответствовало пенам плотностью 25 и 130 кг м -3 соответственно.Толщина стенок пенопласта увеличивалась с увеличением плотности и составляла от нескольких сотен нанометров для пен с низкой плотностью (25–40 кг м −3 ) (рис. 1d) до нескольких микрометров для пен с высокой плотностью (130 кг м −3). ) пены (рис. 1д).

Литье замораживанием ориентирует анизотропные частицы в направлении замерзания 20 , которое далее будет называться осевым направлением, а радиальное направление относится к направлению, перпендикулярному направлению замерзания (Рис.2а, врезка). Пены обладают иерархической пористой структурой, имеющей не только макропоры, но и нанопоры внутри стенок пенопласта, как показывают измерения сорбции азота (рис. 2а).

Рисунок 2

Пористость и выравнивание пенопластов с ЧПУ. ( a ) Объем нанопор, определенный с помощью изотерм адсорбции N 2 в стенках из пенопласта с ЧПУ, как функция плотности пены. Врезка Схематическое изображение структуры анизотропной пены и стенок пены. ( b ) Параметр ориентации частиц в пеноматериалах с ЧПУ как функция плотности пены. Вставка Типичная двумерная картина дифракции рентгеновских лучей (XRD) пенопласта с ЧПУ (угол \ (\ phi \), показанный на изображении, определен в разделе «Методы»). ( c ) Диаметр поперечного сечения макропор как функция плотности пены (полые треугольники относятся к длине и ширине удлиненных поперечных сечений макропор, закрашенные квадраты относятся к среднему значению обоих измерений). ( d ) Столбчатое выравнивание макропор, оцененное анализом изображения SEM, как функция плотности пены.

Объем нанопор пен с ЧПУ увеличивается с увеличением плотности до плотности пены 34 кг м -3 (пены CNC 34 ) с последующим уменьшением объема нанопор с увеличением плотности для более плотных пен; от 7,5 мм 3 г −1 для пенопластов с ЧПУ 34 примерно до 1,6 мм 3 г −1 для пенопластов с ЧПУ 88 и выше. Максимальный объем нанопор коррелирует с диапазоном концентраций начала образования холестерической фазы в водной дисперсии CNC 21 .Уменьшение объема нанопор с увеличением плотности пены может быть связано с более плотной упаковкой частиц с ЧПУ, поскольку литье замораживанием выполняется при концентрациях дисперсии с увеличивающимися количествами холестерической фазы 22,23 . Интересно отметить, что даже пены с ЧПУ с наивысшей нанопористостью, CNC 34 , имеют в четыре раза меньший объем нанопор по сравнению с литыми замороженными пенами CNF 24 , где плотная упаковка затруднена из-за запутывания изогнутых и гибких нанофибриллы.

Ориентацию (частично) кристаллических частиц CNC в пеноматериалах можно оценить с помощью измерений XRD путем извлечения параметра ориентации частиц, также называемого параметром ориентации Германса (\ (\ overline {P} _ {2} \) ). Параметр ориентации частиц в пеноматериалах с ЧПУ колеблется и находится в диапазоне от \ (\ overline {P} _ {2} = 0,49 \) для пен со средней плотностью (пенопласты CNC 40 ) до \ (\ overline {P} _ {2} \ ge 0,37 \) для пен с более высокой плотностью и \ (\ overline {P} _ {2} = 0.32 \) для пенопласта CNC 25 (рис. 2б). Низкая ориентация частиц пенопласта с самой низкой плотностью (CNC 25 ) и самые тонкие стенки пенопласта могут быть связаны с менее эффективным процессом коллективного совмещения.

Диаметр поперечного сечения макропор (рис. 2c) практически не зависел от плотности пены, а выравнивание макропористых столбцов (рис. 2d) лишь незначительно уменьшалось с увеличением плотности пены, что позволяет предположить, что частицы CNC оказывают незначительное влияние на рост кристаллов льда во время литья в замораживании.

Теплопроводность пеноматериалов с ЧПУ и оценки по объему

Анизотропная теплопроводность была измерена в специальной установке Hot Disk, где можно было контролировать температуру и относительную влажность 25 .

Относительная неопределенность значений радиальной теплопроводности (λ r ) была оценена в 12% путем анализа распространения неопределенностей параметров, необходимых для их расчета, а именно радиальной температуропроводности (α r ) ( Дополнительный рис.{2}} $$

(2)

где \ ({\ Delta X} \) – общая неопределенность переменной X, которая представляет собой сумму случайной и систематической неопределенностей 26 . Случайные неопределенности α r , ρ и C p были основаны на оценках средних относительных стандартных отклонений (SD), полученных при повторных измерениях на нескольких образцах (не менее четырех на образец для ρ, не менее пяти на образец для α r и всего пять для C p ), и были умножены на 1.65, который относится к 95% доверительному интервалу 26 . Полученные относительные случайные неопределенности составили 6%, 4% и 1% для α r , ρ и C p соответственно. Систематическая неопределенность или инструментальная погрешность \ ({\ upalpha} _ {r} \) была оценена в 5% 27 , в то время как систематическая неопределенность не рассматривалась для \ ({\ uprho} \) и \ (C_ {p } \). \ ({\ Delta} C_ {p} \) также включает неопределенность измерения водопоглощения при различной относительной влажности, которая использовалась для определения C p при различной относительной влажности с использованием правила смесей.

Зависимость от плотности радиальной теплопроводности (λ r ) и осевой теплопроводности (λ a ) пеноматериалов с ЧПУ при относительной влажности 50% показана на рис. 3. λ r , перпендикулярно для ориентированных фибрилл (рис. 3a), был в четыре-шесть раз меньше, чем λ a (рис. 3b). На λ r относительно не влияла относительная влажность, но λ a увеличивалась с увеличением относительной влажности (дополнительный рисунок S5). Основная часть анализа и обсуждения будет посвящена радиальной теплопроводности при относительной влажности 50%, но аналогичные тенденции наблюдаются при относительной влажности 5, 20 и 80% (дополнительный рис.S6).

Рисунок 3

Зависимость теплопроводности пеноматериалов с ЧПУ от твердой фракции (об. / Об.%). ( a ) Радиальный (λ r ) и; ( b ) осевая (λ a ) теплопроводность пен с ЧПУ как функция твердой фракции ЧПУ (об. / Об.%) При 295 К и относительной влажности 50%. Черные закрашенные кружки соответствуют экспериментальным данным, а сплошные линии соответствуют объемно-взвешенным параллельным основанным на сумме теоретическим оценкам теплопроводностей, при; (i) сухой (λ сухой, параллельно ) и (ii) влажные условия с относительной влажностью 50% (λ влажный, параллельно ), а пунктирная линия соответствует последовательному добавлению для влажных условий 50% RH (λ влажный, серийный ).

Рисунок 3a показывает, что при относительной влажности 50% λ r оставалась в диапазоне 28–32 мВт · м −1 K −1 для пен с сухими твердыми фракциями от 1,7 до 3,5%, что соответствует плотность в сухом состоянии от 25 до 52 кг · м −3 (см. дополнительную таблицу S1) и увеличивается с увеличением доли твердого вещества для пен с долей сухого твердого вещества выше 3,5%, до 57 мВт · м −1 K −1 для пеноматериалы CNC с наивысшей твердой фракцией (пенопласты CNC 130 ).Осевая теплопроводность, λ a , демонстрировала выраженное увеличение с увеличением твердой фракции для пен с низким содержанием твердой фракции (до CNC 40 пен), за которым следовало менее резкое увеличение для пен с высокой твердой фракцией (рис. 3b). .

Теплопроводность пористой пены была оценена с помощью так называемой модели параллельного резистора с взвешенными объемными долями вкладов твердого вещества и газа в перенос тепла. Модель параллельного резистора предполагает одновременную (параллельную) теплопередачу через твердую и газовую фазы 28 .Стенки пенопласта с ЧПУ обеспечивают соединенные твердые пути проводимости как в осевом, так и в радиальном направлениях (см. Вставку на рис. 2а), что предполагает, что модель параллельного резистора подходит для моделирования как радиальной, так и осевой теплопроводности. Ожидается, что вклады излучения и конвекции будут незначительными, поскольку температура относительно низкая (295 К), а размер пор пен менее 1 мм соответственно. Считалось, что стенки из пенопласта состоят из плотно упакованных частиц с ЧПУ, которые полностью выровнены в осевом направлении.Использовалась теплопроводность частиц ЧПУ (λ ячейка ), перпендикулярно (720 мВт м –1 K –1 ) и вдоль (5700 мВт м –1 K –1 ) их длинной оси. как приближение твердого вклада в радиальном и осевом направлении, соответственно 8 . Теплопроводность воздуха при 295 К (λ воздух = 25,7 мВт м –1 K –1 ) использовалась для вклада газа. Используя модель параллельного резистора, теплопроводность пенопласта с плотными стенками в сухих условиях, λ dry , может быть выражена как:

$$ \ lambda_ {dry, parallel} = \ phi_ {air} \ cdot \ lambda_ { воздух} + \ phi_ {ячейка} \ cdot \ lambda_ {ячейка} $$

(3)

где \ (\ phi_ {air} \) и \ (\ phi_ {cell} \) – объемные доли воздуха и стенок из пенопласта, соответственно, нормированные на общий кажущийся объем пенопласта (\ (\ phi_ {air } \) + \ (\ Phi_ {cell} \) = 1).\ (\ phi_ {air} \) и \ (\ phi_ {cell} \) были рассчитаны на основе кажущейся плотности пены и скелетной плотности целлюлозы (см. «Материалы и методы»).

Пена с ЧПУ поглощает воду, и вклад содержания воды при относительной влажности 50% (дополнительный рис. S7) с λ h3O = 600 мВт м –1 K –1 был включен в оценку термического проводимость влагосодержащих пен (λ влажный ) по формуле. (4):

$$ \ lambda_ {мокрый, параллельный} = \ phi_ {air} \ cdot \ lambda_ {air} + \ phi_ {cell} \ cdot \ lambda_ {cell} + \ phi_ {h3O} \ cdot \ lambda_ {h3O} $$

(4)

где \ (\ phi_ {h3O} \) – объемная доля воды, полученная на основе гравиметрического определения водопоглощения (см. «Материалы и методы»).Интересно отметить, что разница между направлением λ сухой и λ влажный составляет (1–2 мВт м –1 K –1 ), что позволяет предположить, что замена воздуха водой имеет незначительное влияние по теплопроводности пен с ЧПУ при относительной влажности 50%.

Теплопроводность также может быть описана последовательной моделью резистора 29,30,31 . Комбинации параллельной модели (описанной выше) и серийной модели были использованы для соответствия теплопроводности различных изотропных пористых материалов 31,32,33 .Серийная модель включает добавление различных вкладов в теплопроводность при относительной влажности 50%, как указано в уравнении. (5):

$$ \ lambda_ {wet, serial} = \ frac {1} {{\ frac {{\ phi_ {air}}} {{\ lambda_ {air}}} + \ frac {{\ phi_). {cell}}} {{\ lambda_ {cell}}} + \ frac {{\ phi_ {h3O}}} {{\ lambda_ {h3O}}}}} $$

(5)

Серийная модель, поскольку она предполагает путь теплопередачи, который чередуется от твердой фазы к газовой, дает гораздо более низкие значения по сравнению с параллельной моделью (рис.3а).

Рисунок 3b показывает, что взвешенные по объему оценки вкладов газа и твердого вещества с использованием модели параллельного резистора, уравнения. (3) и (4) относительно хорошо соответствовали осевой теплопроводности пен с ЧПУ до твердой фракции 3,3% или плотности 50 кг · м −3 , но завышают осевую теплопроводность при высокой твердости пены. фракции. Следует отметить, что уменьшение заданного значения на 5,7 Вт м -1 K -1 для твердофазной теплопроводности целлюлозы в осевом направлении 8 улучшило бы соответствие между теоретической оценкой и экспериментальной. значения также для пен с высоким содержанием твердой фракции, но нелинейная зависимость твердых фракций λ a предполагает, что существуют другие факторы, помимо возможного снижения теплопроводности твердой фазы, которые способствуют ограничению увеличения λ a с увеличением плотность.

Эффект Кнудсена и рассеяние фононов

Хорошо известно, что газовая проводимость значительно снижается, когда размер пор становится подобным или меньше, чем длина свободного пробега молекул воздуха, так называемый эффект Кнудсена 34 . Влияние нанопор на вклад газовой проводимости в теплопроводность λ np можно оценить по формуле. (6):

$$ \ uplambda _ {{{\ text {np}}}} = \ frac {{\ uplambda _ {air}}} {{1 + 2 \ upbeta \ cdot {\ text {Kn} }}} $$

(6)

, где β – характеристическое число, равное 2 для пен и аэрогелей, а Kn – число Кнудсена, которое можно оценить, разделив длину свободного пробега молекул воздуха на размер пор 34 .Нанопористость стенок пенопласта при относительной влажности 50% варьировалась от 5 до 8% (этот диапазон изменяется при другой относительной влажности из-за разного процента набухания, см. Дополнительный рисунок S7), а средний диаметр нанопор находился в диапазоне от 7 до 10 нм (дополнительная таблица S2).

Высокое число Кнудсена (4–6) в нанопорах приводит к λ np , что ниже 1,5 мВт м –1 K –1 при 0–80% относительной влажности для всех пен с ЧПУ, в то время как теплопроводность в гораздо более крупных макропорах λ mp (рассчитанное по той же формуле) очень близко к значению для воздуха, поскольку эффект Кнудсена незначителен при размерах пор более 30 мкм (рис.2в).

Путем включения эффекта Кнудсена и введения отдельных газовых вкладов для макропор (λ mp ) и нанопор (λ np ), мы получаем параллельную объемно-взвешенную оценку радиальной теплопроводности влагосодержащих пен, λ влажный, Kn, параллельный , выраженный уравнением. (7):

$$ \ lambda_ {wet, Kn, parallel} = \ phi_ {mp} \ cdot \ lambda_ {mp} + \ phi_ {np} \ cdot \ lambda_ {np} + \ phi_ {cell} \ cdot \ lambda_ {ячейка} + \ phi_ {h3O} \ cdot \ lambda_ {h3O} $$

(7)

, где \ (\ phi_ {np} \) оценивается из объема нанопор, полученного с помощью измерений адсорбции N 2 (см. Рис.2а) и общий объем пены, а \ (\ phi_ {mp} \) соответствует оставшемуся объему воздуха (\ (\ phi_ {mp} + \ phi_ {np} = \ phi_ {air} \)). Однако оценка λ влажная, Kn, параллельная намного выше, чем измеренная радиальная теплопроводность (рис. 4), что показывает, что эффект Кнудсена имеет второстепенное значение из-за малой доли нанопор в пенах. Тем не менее, λ r достиг значения, близкого к значению для воздуха при np , значениям выше 7% при относительной влажности 50% (дополнительный рис.S8).

Рис. 4

Зависимые от твердой фракции механизмы теплообмена в пеноматериалах с ЧПУ. Радиальная теплопроводность (λ r ) пен с ЧПУ как функция твердой фракции CNC (об. / Об.%), Включая экспериментальные данные при относительной влажности 50%, теоретические оценки λ влажный, Kn, параллельно , включая оба поглощения воды при относительной влажности 50% и эффект Кнудсена в нанопорах, а также теоретические оценки λ влажный, Kn, Rk, параллельный и λ влажный, Kn, Rk, серийный , дополнительно включая межфазные эффекты частицы в стены из пенопласта и различие между параллельным и последовательным сложением.

Вклад твердой проводимости в теплопроводность наноструктурированных материалов может быть существенно уменьшен за счет рассеяния фононов на границах раздела частицы 16 . Эффект рассеяния фононов на границах раздела может быть выражен межфазным термическим сопротивлением или сопротивлением Капицы (R k ), которое можно оценить по формуле. (8):

$$ R_ {k} = \ frac {{g_ {i}}} {{\ lambda_ {i}}} = {} \ frac {{d_ {t}}} {{\ lambda_ { t}}} {} – {} 2 \ cdot \ frac {d} {{\ lambda_ {cell}}} $$

(8)

, где g i – расстояние разделения поверхностей между двумя соседними частицами ЧПУ, λ i – межфазная теплопроводность, d – средний диаметр частицы ЧПУ (= 4.3 ± 0,8 нм), а λ t и d t – теплопроводность и длина, соответственно, системы, состоящей из двух ЧПУ-частиц, размещенных параллельно друг другу с зазором, g i . Расстояние между волокнами g i , как было показано, зависит от водопоглощения и, по оценкам, колеблется от 5,1 до 6,2 Å в стенках пенопласта из литых замороженных CNF пен при относительной влажности 35–65% 16 . Поглощение воды пеноматериалами CNC значительно меньше, чем пенопластом CNF 16 , и мы использовали расчетное значение g i , равное 2.3 ± 0,4–3,7 ± 0,7 Å при относительной влажности 50% (см. Дополнительный рис. S7). Значение для λ t = 270 мВт м –1 K –1 было получено из Diaz et al., 8 . Межфазное термическое сопротивление в радиальном направлении выровненных частиц CNC было оценено как 2,2 × 10 –8 м 2 K Вт -1 . Интересно отметить, что расчетный R k для ЧПУ имеет такую ​​же величину (10 –8 м 2 K W -1 ), как и для углеродных нанотрубок 35 .

Эффект рассеяния фононов на границах раздела может быть включен в оценку (твердой) теплопроводности тонкой пленки (то есть стенки пенопласта) выровненных наночастиц ЧПУ, λ p , по формуле. (9):

$$ \ lambda_ {p} = \ frac {{\ lambda_ {cell}}} {{1 + \ lambda_ {cell} \ cdot \ frac {{R_ {k}}} {d}} } $$

(9)

, где \ (\ lambda_ {cell} \) – радиальная теплопроводность отдельной частицы ЧПУ (720 мВт м –1 K –1 , как упоминалось выше 8 ).Включение расчетного межфазного термического сопротивления для стенок из пенопласта с ЧПУ (2,2 × 10 –8 м 2 K Вт −1 ) привело к расчетному значению твердого вклада в теплопроводность в радиальном направлении, λ p , 158–163 мВт м –1 K –1 при относительной влажности 50%. Параллельная объемно-взвешенная оценка радиальной теплопроводности влагосодержащих пен, которая учитывает как рассеяние фононов, так и эффекты Кнудсена, λ влажный, Kn, Rk, параллельный , дается уравнением.(10):

$$ \ lambda_ {wet, Kn, Rk, parallel} = \ phi_ {mp} \ cdot \ lambda_ {mp} + \ phi_ {np} \ cdot \ lambda_ {np} + \ phi_ {cell } \ cdot \ lambda_ {p} + \ phi_ {h3O} \ cdot \ lambda_ {h3O} $$

(10)

Рисунок 4 показывает, что полученная оценка λ wet, Kn, Rk хорошо соответствует экспериментальным значениям радиальной теплопроводности пен CNC 25-88 , что предполагает значительное снижение проводимости твердого тела фононами. Рассеяние необходимо для получения анизотропных пен с ЧПУ с низкой радиальной теплопроводностью.

Для сравнения, мы также оценили теплопроводность, используя соответствующую серийную модель резистора, заданную формулой. (11):

$$ \ lambda_ {wet, Kn, Rk, serial} = \ frac {1} {{\ frac {{\ phi_ {mp}}} {{\ lambda_ {mp}}} + \ frac {{\ phi_ {np}}} {{\ lambda_ {np}}} + \ frac {{\ phi_ {cell}}} {{\ lambda_ {p}}} + \ frac {{\ phi_ {h3O}} } {{\ lambda_ {h3O}}}}} $$

(11)

, из которого видно, что серийная модель занижает радиальную теплопроводность (рис.4). Рассеяние фононов на границах раздела твердое тело – газ 8,36,37 могло также снизить теплопроводность, но оценить возможную величину этого явления было невозможно.

Испытание пеностеклянного гравия на теплопроводность – C-Therm Technologies Ltd.

Теплопроводность нового пеностеклянного гравия (произведенного Glavel Inc.) для строительства была протестирована с помощью метода C-Therm Trident Flex TPS.

Строительство и строительство часто включают в себя широкий спектр типов материалов.Механические свойства этих материалов, такие как предел прочности на разрыв, предел выносливости и прочность на сжатие, имеют большое значение с точки зрения конструкции. Также важно учитывать термические свойства выбранных материалов. Термическая стабильность материала может быть напрямую связана с структурной целостностью при изменении сезонных температур, в то время как терморегулирующие свойства могут определять рейтинги энергоэффективности. Использование экологически чистых материалов с привлекательными физическими и термическими свойствами может уменьшить углеродный след здания .Материалы, которые обеспечивают физические, термические и экологические преимущества, а также являются экономичными, являются идеальными кандидатами.

Укладка Glavel Thermal Glass Foam Gravel

Компания

Glavel, Inc., базирующаяся в Берлингтоне, штат Вирджиния, специализируется на производстве пеностеклянного гравия, высокоэффективного заполнителя, используемого для различных применений в строительстве в строительной отрасли. Пеностекло-гравий почти полностью изготавливается из вторичного стекла, полученного после бытового использования, и обеспечивает теплоизоляцию R1.7 на уплотненный дюйм. Он чрезвычайно легкий (10 фунтов на кубический фут), но обладает высокой прочностью на сжатие для несущих нагрузок. Эти свойства делают его отличным заменителем жестких пенопластов в изоляции под плитами, а также хорошо подходят для легкой зеленой засыпки кровли, дорожного полотна, стабилизации насыпей и засыпки туннелей. Благодаря своему легкому весу, потребление топлива при транспортировке к строительным участкам снижается, а содержание вторичного сырья делает Glavel естественным строительным материалом с низким содержанием углерода.Пеностекло Glavel скоро будет производиться в северном Вермонте на производственном предприятии, которое полностью работает на возобновляемых источниках энергии, что еще больше снижает углерод, связанный с продуктом. Производство в Вермонте намечено на лето 2021 года.

Flex TPS ISO 22007-2 Датчики

C-Therm охарактеризовала образец пеностекла Glavel Inc., используя метод Transient Plane Source (TPS) на платформе Trident. TPS хорошо подходит для испытания пористых образцов и рекомендуется для различных строительных материалов, таких как цемент и бетон.Возможность тестирования без использования контактного агента делает TPS отличным вариантом для этого типа материала. Тестирование проводилось в условиях окружающей среды в соответствии с ISO 22007-2.

Испытания на теплопроводность пеностеклянного гравия

Образец был протестирован в трех экземплярах с использованием датчика TPS 13 мм с помощью TPS Bulk Utility. Для тестирования этого материала наверху установки был помещен груз весом 500 г для приложения адекватного контактного усилия между образцом и датчиком, как показано выше.

Теплопроводность отдельных тестов, а также среднее значение и% RSD (относительное стандартное отклонение) приведены ниже. Все измерения были подтверждены в соответствии с требованиями ISO 22007-2.

Идентификатор пробы Номер теста Теплопроводность (Вт / мК) Среднее значение (Вт / м · К) RSD (%)
Пеностекло Glavel 1 0.0735 0,0748 1,8%
2 0,0762
3 0,0746

Результаты показали хорошую воспроизводимость между измерениями с общим% RSD менее 2%. Средняя теплопроводность 0,0748 Вт / мК указывает на хорошие изоляционные свойства и хорошо подходит для предполагаемого конечного использования.

Чтобы узнать больше о тестировании теплопроводности с помощью Trident, посетите www.ctherm.com/products/trident

Чтобы узнать больше о пеногравийном стекле Glavel, посетите https://www.glavel.com

[PDF] Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

1 т. 2 (1) март 2011 г. Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности Md Azree Othuman Mydin 1 1 Sc …

Md Azree Othuman Mydin

CRL Letters

www.crl.issres.net

Том. 2 (1) 2011

Т. 2 (1) – март 2011 г.

Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности 1

Md Azree Othuman Mydin1 Школа жилищного строительства, строительства и планирования, Universiti Sains Malaysia, 11800, Пенанг, Малайзия

Резюме Основная цель данного исследования заключается в исследовании теплопроводности пенобетона. Пенобетонные образцы различной плотности от 650, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 кг / м3 с постоянным соотношением цемент-песок 2: 1 и водоцементным соотношением 0.5 были произведены. Данное исследование ограничивалось влиянием плотности, пористости и размера пор на теплопроводность пенобетона. Для определения теплопроводности пенобетона при различных плотностях использовался метод горячештампованной плиты. Величину пористости пенобетона определяли с помощью прибора вакуумного насыщения. В свою очередь, чтобы изучить влияние размера пор на теплопроводность пенобетона, измерения размера пор проводили под микроскопом с 60-кратным увеличением. Пенобетон с меньшей плотностью означает более низкую теплопроводность.Плотность пенобетона регулируется пористостью, где пенобетон более низкой плотности указывает на большую пористость. Следовательно, теплопроводность значительно изменяется в зависимости от пористости пенобетона, потому что воздух является самым плохим проводником по сравнению с твердым и жидким из-за его молекулярной структуры. Ключевые слова: пенобетон, теплопроводность, горячая плита, тепловые свойства, легкий бетон, пористый материал.

1.

Введение

Энергоэффективность – важная проблема для качественного жилья.Энергия не только соответствует высокому проценту эксплуатационных расходов зданий, но также оказывает основное влияние на тепловой комфорт жителей. В наши дни спрос на энергоэффективное проектирование и строительство становится все более жизненно важным с ростом затрат на энергию и повышением осведомленности о последствиях глобального потепления. Здания в том виде, в каком они спроектированы и используются сегодня, создают серьезные экологические проблемы из-за чрезмерного потребления энергии и других природных источников.Тесная связь между использованием энергии в зданиях и экологическим ущербом возникает из-за того, что энергоемкие решения, направленные на строительство здания и удовлетворяющие его потребности в отоплении, охлаждении, вентиляции и освещении, вызывают серьезное истощение ценных ресурсов окружающей среды.

1

Автор для переписки: Md Azree, Электронная почта: [электронная почта защищена] © 2009-2012 Все права защищены. ISSR Journals

181

Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

Одним из способов снижения энергоемкости зданий является подбор строительных материалов.Напряжение на обычную энергию можно снизить за счет использования материалов с низким энергопотреблением и эффективного проектирования конструкций. Выбор материалов также помогает добиться максимального комфорта в помещении. Например, использование материалов и компонентов с небольшой внутренней энергией или низкой теплопроводностью повысило комфорт внутри здания. Таким образом, высокий уровень изоляции при разработке любого нового материала является важным шагом на пути к энергоэффективному дизайну. Теплопроводность, k, представляет собой процесс передачи высокотемпературной тепловой энергии внутри объекта или между двумя контактирующими объектами, что снижает температуру.В физике теплопроводность k – это свойство материала, описывающее его способность проводить тепло. Он появляется в основном в законе Фурье для теплопроводности. Когда объект нагревается, колебания молекул или атомов и плавание свободных электронов разряжают тепловую энергию до более низких температур в процессе передачи кинетической энергии. Согласно молекулярной динамике, температура объекта прямо пропорциональна средней кинетической энергии его состава [1]. 2 Теплопроводность (Вт / м · К) является результатом теплопроводности (см / с), удельной теплоемкости (Дж / г · К) и плотности [2] и зависит от его собственных минеральных характеристик, пористой структуры, химического состава, влажности. и температура.Энергетические характеристики здания во многом зависят от теплопроводности строительных материалов, которая отражает способность тепла проходить через материал при наличии разницы температур [3]. Теплопроводность обычных теплоизоляционных материалов составляет от 0,034 до 0,173 Вт / м · К [1]. Следовательно, использование строительных материалов с низкой теплопроводностью важно для уменьшения поступления тепла через оболочку в здание в таких странах с жарким климатом, как Малайзия.Пенобетон известен своими превосходными теплоизоляционными и звукоизоляционными характеристиками благодаря своей ячеистой микроструктуре. Теплопроводность пенобетона обычно составляет от 5 до 30% от теплопроводности бетона с нормальным весом и составляет от 0,1 до 0,7 Вт / мК для значений плотности в сухом состоянии от 600 до 1600 кг / м3 соответственно [4,5]. На практике бетон нормального веса должен быть в 5 раз толще пенобетона для достижения аналогичной теплоизоляции [6]. Сообщается, что теплопроводность пенобетона плотностью 1000 кг / м3 составляет одну шестую от значения типичного цементно-песчаного раствора [7].Поскольку пенобетон изготавливается путем нагнетания воздуха в смесь на основе цемента, плотность пенобетона напрямую зависит от воздуха внутри пенобетона. Ожидается, что плотность пенобетона должна сыграть важную роль в определении его тепловых свойств. Уменьшение плотности пенобетона на 100 кг / м3 приводит к снижению его теплопроводности на 0,04 Вт / мК [8]. Это исследование направлено на изучение теплопроводности пенобетона разной плотности и установление ключевых факторов, влияющих на теплопроводность этого материала.пенобетон семи плотностей (650, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 кг / м3) будет отлит и испытан при температуре окружающей среды для получения его эффективной теплопроводности с использованием метода горячей защиты. 2.

Экспериментальная программа

Пенобетон – относительно новый строительный материал по сравнению с бетоном нормальной прочности. Основным фактором, ограничивающим использование пенобетона в приложениях, является недостаточное знание характеристик материала при повышенных температурах. При применении в строительстве наиболее важными требованиями безопасности являются несущая способность и огнестойкость.Чтобы понять и в конечном итоге спрогнозировать характеристики систем на основе пенобетона, на первом этапе необходимо знать свойства материала при температуре окружающей среды и повышенных температурах. Чтобы можно было предсказать огнестойкость строительной конструкции, необходимо определить ее температуру. Для количественной оценки структурных характеристик важно знать механические свойства материала при повышенных температурах. Будут установлены механические свойства пенобетона, в том числе на сжатие

182

Md Azree Othuman Mydin

CRL Letters

Vol.2 (1) 2011

Прочность, модуль упругости при сжатии, деформация при максимальной прочности на сжатие, соотношение напряжения и деформации при сжатии, виды разрушения, предел прочности при изгибе и модуль упругости при изгибе. 2.1. Материалы Пенобетон, использованный в этом исследовании, был изготовлен из обычного портландцемента (OPC), мелкого песка, воды и стабильной пены. Основными целями этого исследования являются определение теплопроводности пенобетона при температуре окружающей среды, поэтому только постоянное соотношение цемента и цемента 2: 1 и соотношение воды и цемента 0.5 будет использоваться для всех партий пенобетона, изготовленных для данного исследования. Водоцементное соотношение 0,5 было признано удовлетворительным для достижения достаточной удобоукладываемости [9]. Как правило, используется следующее сырье. 2.1.1. Цемент Портландцемент, полученный от Cima Group of Companies Sdn. Bhd. (Перак, Малайзия). Используемый портландцемент соответствует портландцементу типа I согласно ASTM C150 [10] и BS12 [11]. 2.1.2. Отшлифуйте Мелкий песок с дополнительным просеиванием для удаления частиц размером более 2.Для улучшения текучести и стабильности пенобетона в смеси было использовано 36 мм, как в BS12620 [12]. 2.1.3. Вода В ходе этого экспериментального исследования для изготовления образцов пенобетона использовалась водопроводная вода. 2.1.4. Поверхностно-активные вещества В качестве поверхностно-активных веществ (пенообразователя) использовался Noraite PA-1 (на белковой основе), который подходит для пенобетона плотностью от 600 до 1600 кг / м3. Noraite PA-1 происходит из природных источников, имеет вес около 80 грамм / литр и расширяется примерно в 12,5 раз при использовании с генератором пены.Стабильная пена была получена с помощью пеногенератора Portafoam TM2 System [13]. 2.2. Составы пенобетона В текущем исследовании образцы пенобетона размером 300 мм x 300 мм x 50 мм были изготовлены с семью различными плотностями, а именно 650, 700, 800, 900, 1000, 1100 и 1200 кг / м3. Все образцы пенобетона были изготовлены собственными силами. Цемент был смешан с песком, и вода перемешивалась в смесителе в течение нескольких минут. Затем постепенно добавляли пену до получения желаемой плотности. Соотношение цементно-песчаной и пенной смеси составляло 2: 1: 0.5. Для каждой плотности были приготовлены три идентичных образца, которые были испытаны с использованием метода горячей пластины через 14 дней после смешивания. Более подробная информация о пропорциях компонентов смеси и плотностях представлена ​​в таблице 1. Целевой объем пенобетона, необходимый для каждой конструкции смеси, составлял 0,1 м3.

183

Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

ТАБЛИЦА 1: СОСТАВЛЯЮЩИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ПРОПОРЦИИ ПЕНОБЕТОННЫХ СМЕСЕЙ Целевая плотность в сухом состоянии (кг / м3)

Целевая плотность во влажном состоянии (кг / м3)

Цемент: Песок

650 700 800 900 1000 1100 1200

774826 929 1033 1136 1239 1343

2: 1 2: 1 2: 1 2: 1 2: 1 2: 1 2: 1

Вода: цемент

Содержание портландцемента (кг / м3)

Содержание песка (кг / м3)

ПАВ Noraite PA-1 (м3)

0.5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

39 41 46 52 57 62 67

19 21 23 26 28 31 34

0,063 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035

2.3. Испытания пластин с горячей защитой Испытание HGP проводилось в соответствии с процедурой ASTM, описанной в [14]. Испытание плиты с горячей защитой обычно признано основным абсолютным методом измерения свойств теплопередачи гомогенных изоляционных материалов в виде плоских плит. Этот метод испытаний в установившемся режиме был стандартизирован ASTM International как стандартный метод испытаний ASTM C 177.Основной метод HGP состоит в основном из горячей и холодной пластины. При испытании HGP испытуемый образец помещают на узел плоского пластинчатого нагревателя, состоящего из электрически нагреваемой внутренней пластины (основного нагревателя), окруженной защитным нагревателем. Защитный нагреватель тщательно контролируется для поддержания одинаковой температуры с обеих сторон зазора, разделяющего основной и защитный нагреватели. Это предотвращает боковой тепловой поток от основного нагревателя и гарантирует, что тепло от электрического нагревателя течет в направлении образца.На противоположной стороне образца расположены дополнительные плоские нагреватели (холодная пластина), которые регулируются при фиксированной температуре, выбранной оператором. При заданном подводе тепла к основному нагревателю температура узла горячей плиты повышается до тех пор, пока система не достигнет равновесия. Конечная температура горячей пластины зависит от потребляемой электроэнергии, теплового сопротивления образца и температуры холодной пластины. Средняя теплопроводность образца k определяется из уравнения теплового потока Фурье следующим образом: k =

Вт d  1 ×  A  ∆T … (1) где W – электрическая мощность, подводимая к основного нагревателя, A – площадь поверхности основного нагревателя, ∆T – разница температур на образце, d – толщина образца.

2.4. Измерения пористости Величина пористости пенобетона была определена с помощью прибора вакуумного насыщения [15] для всех плотностей, рассмотренных в данном исследовании. Измерения пористости пенобетона проводились на срезах стержней диаметром 68 мм, вырезанных из центра

184

Md Azree Othuman Mydin

CRL Letters

Vol. 2 (1) 2011

Кубики 100 мм. Образцы сушили при 105 ° C до достижения постоянного веса, а затем помещали в эксикатор под вакуумом не менее чем на 3 часа, после чего эксикатор заполняли деаэрированной дистиллированной водой.Пористость рассчитывалась по следующему уравнению: ε =

(Wsa t – Wdry) (Wsa t – Wwa t)

× 100… (2)

где ε – пористость (%), Wsat – вес в воздух насыщенного образца, Wwat – вес насыщенного образца в воде, а Wdry – вес высушенного в печи образца. 2.5. Измерения размера пор Для того, чтобы наблюдать влияние размера пор на теплопроводность пенобетона, необходимо установить размер пор для каждой плотности. Для целей этого исследования подготовка образца для измерения размера пор немного отличалась от рекомендованной ASTM C 457.В стандарте ASTM C 457 указаны размер и толщина образца, а также длина перемещения в методе линейного перемещения (LTM) в зависимости от размера заполнителя. Однако смеси из этого исследования не содержат грубых заполнителей, а состоят из большого количества воздуха (пены). Для обеспечения стабильности стенок воздушных пор во время полировки, особенно на более слабых образцах (меньшей плотности), все образцы были пропитаны в вакууме медленно схватывающейся эпоксидной смолой. Чтобы обеспечить согласованность результатов, все образцы были приготовлены с использованием аналогичных методов в одинаковых условиях окружающей среды, как показано ниже.Прежде всего, образцы размером 45 x 45 мм с минимальной толщиной 15 мм были вырезаны из центра двух случайно выбранных кубиков диаметром 100 мм с помощью алмазного резца. Лицевая сторона образца вырезалась перпендикулярно направлению разливки. Образцы заданного размера пропитывали ацетоном, чтобы остановить дальнейшую реакцию гидратации, перед сушкой при 105 ° C. Для обеспечения устойчивости стенок воздушных пор при полировке высушенные и охлажденные образцы пропитывались в вакууме медленно схватывающейся эпоксидной смолой. Пропитанные образцы были отполированы согласно ASTM C 457.После полировки и очистки образцы сушили при комнатной температуре в течение 1 суток. Наконец, для измерения размера пор был рассмотрен эффективный размер 40 x 40 мм. Размер пор измеряли в соответствии с ASTM C 457 под микроскопом с увеличением 60x на двух образцах, приготовленных в соответствии с процедурой, описанной ранее, для каждого образца пенобетона. Система анализа изображений состояла из оптического микроскопа и компьютера с программным обеспечением для анализа изображений. 3.

Результаты и обсуждения

Результаты испытаний всех образцов пенобетона приведены в Таблице 2.Дальнейшие обсуждения разделены на категории в зависимости от влияния плотности, размера пор и пористости на теплопроводность пенобетона.

185

Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

ТАБЛИЦА 2: СВОДКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЙ

Плотность (кг / м3)

Теплопроводность, k (Вт / мК)

Пористость (%)

Эффективная размер пор (мм)

650700800900 1000 1100 1200

0,23 0,24 0,26 0,28 0,31 0,34 0.39

74 71 64 57 51 47 44

0,72 0,69 0,63 0,59 0,55 0,51 0,48

3,1. Влияние плотности на теплопроводность Результаты показывают, что теплопроводность всех образцов пенобетона прямо пропорциональна плотности (рис. 1). Например, теплопроводность пенобетона снизилась с 0,39 до 0,28 Вт / мК, а затем снизилась до 0,23 Вт / мК для соответствующих плотностей 1200, 900 и 650 кг / м3 соответственно. Результаты подтвердили, что более низкая плотность трансформируется в более низкую теплопроводность, что сопоставимо с выводами других исследователей [16, 17].Как будет сказано в разделе 3.2, плотность пенобетона определяется его пористостью. Пенобетон высокой плотности будет иметь меньшее значение пористости по сравнению с пенобетоном низкой плотности, поэтому это повлияет на теплопроводность этого материала.

Теплопроводность (Вт / мК).

0,4

0,35

0,3

0,25

0,2 ​​600

700

800

900

1000

1100

1200

3

Плотность (кг / м) Рисунок 1: Теплопроводность пенобетона различной плотности 186

1300

Md Azree Othuman Mydin

CRL Letters

Vol.2 (1) 2011

3.2. Влияние пористости и размера пор на теплопроводность На рис. 2 показаны типичные микроскопические изображения внутренней структуры пор пенобетона плотностью 1000 и 650 кг / м3. Ясно, что размеры пор неоднородны. Однако эти две цифры ясно показывают, что существует преобладающий размер пор, и что преобладающий размер пор в первую очередь зависит от плотности пенобетона. Преобладающий размер пор имеет тенденцию к увеличению по мере уменьшения плотности пенобетона из-за большего количества используемой пены (рис.3). На данный момент, из микроскопического анализа внутренних изображений пенобетона двух плотностей, доминирующий размер пор пенобетона плотностью 650 и 1000 кг / м3 был определен как 0,72 мм и 0,55 мм соответственно. Плотность пенобетона определяется пористостью или количеством воздуха внутри материала. Из рис. 4 видно, что меньшая плотность пенобетона указывает на большую пористость или большее количество воздуха (больший размер пор). В результате теплопроводность существенно изменяется в зависимости от пористости пенобетона, потому что воздух является самым плохим проводником по сравнению с твердым и жидким из-за его молекулярной структуры.

(а) Плотность 650 кг / м3

(б) Плотность 1000 кг / м3 Рисунок 2 Размеры пор пенобетона для плотностей 650 и 1000 кг / м3

187

Эффективная теплопроводность пенобетона разной плотности

Эффективная размер пор (%)

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4 600

700

800

900

1000

1100

1200

1300

3

Плотность (кг / м) Рисунок 3 Эффективный размер пор пенобетона при разной плотности 4.

Заключение

Было проведено экспериментальное исследование по определению теплопроводности пенобетона разной плотности и влияющих факторов на теплопроводность методом Hot-Guarded Plate. По результатам испытаний можно сделать следующие выводы: 1. Поскольку пенобетон изготавливается путем нагнетания воздуха в смесь на основе цемента, плотность пенобетона напрямую зависит от воздуха (пористости) внутри пенобетона. Поэтому плотность пенобетона играет важную роль в определении его теплопроводности.Пенобетон с меньшей плотностью указывает на большую пористость. 2. Теплопроводность заметно меняется в зависимости от пористости пенобетона, потому что воздух является самым плохим проводником по сравнению с твердым и жидким из-за его молекулярной структуры. 3. Пенобетон с меньшей плотностью означает более низкую теплопроводность. 4. Преобладающий размер пор пенобетона в первую очередь зависит от плотности пенобетона, который имеет тенденцию к увеличению по мере уменьшения плотности пенобетона из-за большего количества пены. Выражение признательности Выражаем признательность Universiti Sains Malaysia в качестве организации, финансирующей это исследование.Автор также признателен за помощь, оказанную академическими членами и сотрудниками Школы жилищного строительства, строительства и планирования Университета Саинс Малайзии. Ссылки [1]

Huang, C. L. Свойства структуры пор материалов, Fu-Han, Тайнань, Тайвань, 1980.

[2]

Yunsheng, X., Chung, D.D.L. Влияние добавления песка на удельную теплоемкость и теплопроводность цемента. Джем. Concr. Res. 2000. 30 (1): с. 59-61 188

Md Azree Othuman Mydin

CRL Letters

Vol.2 (1) 2011

[3]

Будаиви, И., Абду, А., Аль-Хомуд, М. Вариации теплопроводности изоляционных материалов при различных рабочих температурах: влияние на охлаждающую нагрузку, вызванную оболочкой. J. of Archaeological Engineering 2002. 8 (4): p 125-132.

[4]

BCA. Пенобетон: состав и свойства. Отчет Ref. 46.042, Slough: BCA, 1994.

[5]

Джонс, М. Р., Маккарти, А. Предварительные взгляды на потенциал пенобетона в качестве конструкционного материала.Mag. Concr. Res. 2005. 57 (1): p 21-31.

[6]

Кесслер, HG Ячеистый легкий бетон, Concrete Engineering International, 1998. стр. 5660.

[7]

Олдридж, Д., Анселл, Т. Пенобетон: производство и проектирование оборудования, свойства, применение и потенциал. В: Материалы однодневного семинара по пенобетону: Свойства, применение и новейшие технологические разработки, Университет Лафборо, 2001.

[8]

Weigler, H., Карл, С. Конструкционный бетон на легком заполнителе пониженной плотности Пенобетон на легком заполнителе. Int. J. Lightweight Concr. 1980. 2 (2): p 101-104.

[9]

Md Azree, O. M. Влияние использования добавок на прочность на сжатие легкого пенобетона. Магистерская диссертация, Школа жилищного строительства, строительства и планирования, Научный университет Малайзии, Пенанг, 2004 г.

[10] ASTM. C 150-02a. Стандартные технические условия на портландцемент. ASTM, Вест Коншохокен, Пенсильвания, 2002.[11] BS EN 12. Спецификация портландцемента. Британский институт стандартов, Лондон, 1991. [12] BS EN 12620. Заполнители для бетона. Британский институт стандартов, Лондон, 2002. [13] Веб-сайт: www.portafoam.com [14] ASTM C 177-97. Стандартный метод испытаний для измерения стационарного теплового потока и свойств теплопередачи с помощью устройства с защищенной горячей плитой. Американское общество испытаний и материалов, 1997. [15] Кабрера, Дж.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *