Теплопроводность базальтовой ваты: Характеристики базальтового утеплителя: плотность, теплопроводность и размеры

Под теплопроводностью понимается передача энергии тепла от объекта к объекту до момента теплового равновесия, т.е. выравнивания температуры. В отношении частного дома важна скорость процесса – чем дольше происходит выравнивание, тем меньше остывает конструкция.

В числовом виде явление выражается через коэффициент теплопроводности. Показатель наглядно выражает прохождение количества тепла за определенное время через единицу поверхности. Чем больше величина, тем быстрее утекает тепловая энергия.

Теплопередача различных материалов указывается в характеристиках изготовителя на упаковке.

Факторы влияния на теплопроводность

Теплопроводность зависит от плотности и толщины теплоизолята, поэтому важно учитывать ее при покупке. Плотность – это масса одного кубометра материалов, которые по этому критерию классифицируются как очень легкие, легкие, средние и жесткие. Легкие пористые изделия применяются для покрытия внутренних стен, несущих перегородок, плотные – для наружных работ.

Модификации с меньшей плотностью легче по весу, но имеют лучшие параметры теплопроводности. Сравнение утеплителей по плотности представлено в таблице.

Чем выше плотность, тем меньше уровень пароизоляции.

Толщина материала также влияет на степень теплопередачи. Если она избыточная, нарушается естественная вентиляция помещений. Маленькая толщина становится причиной мостов холода и образования конденсата на поверхности. В результате стена покроется плесенью и грибком. Сравнить параметры толщины материалов можно в таблице.

При подборе толщины стоит учитывать климат местности, материал постройки.

Характеристики разных материалов

Перед рассмотрением таблицы теплопроводности утеплителей имеет смысл ознакомиться с кратким обзором. Информация поможет застройщикам разобраться в специфике материала и его назначении.

Пенопласт

Плитный материал, изготовленный посредством вспенивания полистирола. Отличается удобством раскроя и монтажа, низкой теплопроводностью – в сравнении с другими изоляторами пенопласт легче. Преимущества изделия – недорогая стоимость, стойкость к влажной среде. Минусы пенопласта – хрупкость, быстрая возгораемость. По этой причине плиты толщиной 20-150 мм используются для теплоизоляции легких наружных конструкций – фасадов под штукатурные работы, стены цоколей и подвалов.

При горении пенопласта выделяются токсичные вещества.

Экструдированный пенополистирол

Вспененный полистирол с экструзией отличается стойкость к воздействию влажной среды. Материал легко раскраивается, не горит, прост в укладке и транспортировке. У плит помимо низкой теплопроводности – высокая плотность и прочность на сжатие. Среди российских застройщиков популярен экструдированный пенополистирол брендов Техноплекс и Пеноплекс. Его применяют для теплоизоляции отмостки и ленточного фундамента.

Минеральная вата

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты – 0,048 Вт/(м*С), что больше пенопласта. Материал изготавливается на основе горных пород, шлака или доломита в форме плит и рулонов, у которых разный индекс жесткости. Для утепления вертикальных поверхностей допускается применять жесткие и полужесткие изделия. Горизонтальные конструкции лучше утеплять при помощи легких минплит.

Несмотря на оптимальный индекс теплопроводности, у минеральной ваты маленькая устойчивость к влажной среде. Плиты не подойдут для утепления подвальных помещений, парилок, предбанников.

Применение минваты с низкой теплопроводностью допускается только при наличии пароизоляционного и гидроизоляционного слоев.

Базальтовая вата

Основой для изоляции является базальтовый вид горной породы, который раздувается при нагреве до состояния волокон. При изготовлении также добавляют нетоксичные связующие компоненты. На российском рынке продукция бренда Роквул, на примере которой можно рассмотреть особенности утеплителя:

• не подвергается возгоранию;
• отличается хорошим показателем тепло- и звукоизоляции;
• отсутствие слеживания и уплотнения в процессе эксплуатации;
• экологически чистый строительный материал.

Параметры теплопроводности позволяют использовать каменную вату для наружных и внутренних работ.

Стекловата

Стекловатный утеплитель изготавливается из буры, известняка, соды, просеянного доломита и песка. Для экономии на производстве применяют стеклобой, что не нарушается свойства материала. К преимуществам стекловаты относятся высокие показатели тепло- и звукоизоляции, экологическая чистота и низкая стоимость. Минусов больше:

• Гигроскопичность – впитывает воду, вследствие чего теряет утепляющие характеристики. Для предотвращения гниения и разрушения конструкции укладывают между пароизоляционными слоями.
• Неудобство монтажа – волокна с повышенной хрупкостью распадаются, могут вызывать жжение и зуд кожи.
• Непродолжительная эксплуатация – через 10 лет происходит усадка.
• Невозможность применения для утепления влажных комнат.

При работе со стекловатой нужно защищать кожу рук перчатками, лицо – очками или маской.

Вспененный полиэтилен

Рулонный полиэтилен с пористой структурой имеет дополнительный отражающий слой из фольги. Преимущества изолона и пенофола:

• маленькая толщина – от 2 до 10 мм, что в 10 раз меньше обычных изоляторов;
• возможность сохранения до 97 % полезного тепла;
• стойкость к воздействию влаги;
• минимальная теплопроводность за счет пор;
• экологическая чистота;
• отражающий эффект, за счет которого аккумулируется тепловая энергия.

Рулонная теплоизоляция подходит для укладки во влажных комнатах, на балконах и лоджиях.

Напыляемая теплоизоляция

Если обратиться к таблице, то видно, что напыляемые виды заменяют 10 см минваты. Они выпускаются в баллонах, напоминают монтажную пену и наносятся при помощи специального инструмента. Напыляемый утеплитель бывает разной жесткости, в емкости также присутствуют пенообразователи – полиизоционатом и полиолом. По типу основного компонента изоляция бывает:

• ППУ. Пенополиуретан с открытой ячеистой структурой прочен, теплоэффективен. При наличии закрытых пустот в составе – может пропускать пар.
• Пеноизольная. Жидкий пенопласт на карбамидоформальдегидной основе отличается паропроницаемостью, стойкость к возгоранию. Наносится посредством заливки. Оптимальная температура затвердевания – от +15 градусов.
• Жидкая керамика. Керамические компоненты расплавляются до жидкого состояния, потом смешиваются полимерными веществами и пигментами. Получаются вакуумированные полости. Наружное утепление обеспечивает защиту здания на 10 лет, внутреннее – на 25 лет.
• Эковата. Целлюлоза измельчается до состояния пыли, приобретает клейкость при попадании воды. Материал подходит для работы на влажных стеновых поверхностях, но не используется рядом с каминными трубами, дымоходами и печами.

Напыляемые утеплители отличаются хорошей сцепкой с поверхностями, для которых применялись дерево, кирпич или газобетон.

Таблица коэффициентов теплопроводности разных материалов

На основе таблицы с коэффициентами теплопроводности строительных материалов и популярных утеплителей можно сделать сравнительный анализ. Он обеспечит подбор оптимального варианта теплоизоляции для строения.

Для параметров толщины применялся усредненный показатель.

Иные критерии подбора утеплителей

Теплоизоляционное покрытие обеспечивает снижение теплопотерь на 30-40 %, повышает прочность несущих конструкций из кирпича и металла, сокращает уровень шума и не забирает полезную площадь постройки. При выборе утеплителя помимо теплопроводности нужно учитывать другие критерии.

Объемный вес

Данная характеристика связана с теплопроводностью и зависит от типа материала:

• Минераловатные продукты отличаются плотностью 30-200 кг/м3, поэтому подходят для всех поверхностей строения.
• Вспененный полиэтилен имеет толщину 8-10 мм. Плотность без фольгирования равняется 25 кг/м3 с отражающей основой – около 55 кг/м3.
• Пенопласт отличается удельным весом от 80 до 160 кг/м3, а экструдированный пенополистирол – от 28 до 35 кг/м3. Последний материал является одним из самых легких.
• Полужидкий напыляемый пеноизол при плотности 10 кг/м3 требует предварительного оштукатуривания поверхности.
• Пеностекло имеет плотность, связанную со структурой. Вспененный вариант характеризуется объемным весом от 200 до 400 кг/м3. Теплоизолят из ячеистого стекла – от 100 до 200 м3, что делает возможным применение на фасадных поверхностях.

Чем меньше объемный вес, тем меньше затрачивается материала.

Способность держать форму

Производители не указывают формостабильность на упаковке, но можно ориентироваться на коэффициенты Пуассона и трения, сопротивления изгибам и сжатиям. По стабильности формы судят о сминаемости или изменении параметров теплоизоляционного слоя. В случае деформации существуют риски утечки тепла на 40 % через щели и мосты холода.

Формостабильность стройматериалов зависит от типа утеплителя:

• Вата (минеральная, базальтовая, эко) при укладке между стропилами расправляется. За счет жестких волокон исключается деформация.
• Пенные виды держат форму на уровне жесткой каменной ваты.

Способность изделия держать форму также определяется по характеристикам упругости.

Паропроницаемость

Определяет «дышащие» свойства материала – способность к пропусканию воздуха и пара. Показатель важен для контроля микроклимата в помещении – в законсервированных комнатах образуется больше плесени и грибка. В условиях постоянной влажности конструкция может разрушаться.

По степени паропроницаемости выделяют два типа утеплителей:

• Пены – изделия, для производства которых применяется технология вспенивания. Продукция вообще не пропускает конденсат.
• Ваты – теплоизоляция на основе минерального или органического волокна. Материалы могут пропускать конденсат.

При монтаже паропроницаемых ват дополнительно укладывают пленочную пароизоляцию.

Горючесть

Показатель, на который ориентируются при строительстве наземных частей жилых зданий. Классификация токсичности и горючести указана в ст. 13 ФЗ № 123. В техническом регламенте выделены группы:

• НГ – негорючие: каменная и базальтовая вата.
• Г – возгораемые. Материалы категории Г1 (пенополиуретан) отличаются слабой возгораемостью, категории Г4 (пенополистирол, в т.ч. экструдированный) – сильногорючие.
• В – воспламеняемые: плиты из ДСП, рубероид.
• Д – дымообразующие (ПВХ).
• Т – токсичные (минимальный уровень – у бумаги).

Оптимальный вариант для частного строительства – самозатухающие материалы.

Звукоизоляция

Характеристика, связанная с паропроницаемостью и плотностью. Ваты исключают проникновение посторонних шумов в помещении, через пены проникает больше шума.

У плотных материалов лучше шумоизоляционные свойства, но укладка осложняется толщиной и весом. Оптимальным вариантом для самостоятельных теплоизоляционных работ будет каменная вата с высоким звукопоглощением. Аналогичные показатели – у легкой стекловаты или базальтового утеплителя со скрученными длинными тонкими волокнами.

Нормальный показатель звукоизоляции – плотность от 50 кг/м3.

Практическое применение коэффициента теплопроводности

После теоретического сравнения материалов нужно учитывать их разделение на группы теплоизоляционных и конструкционных. У конструкционного сырья – самые высокие индексы теплопередачи, поэтому оно подходит для возведения перекрытий, ограждений или стен.

Без использования сырья со свойствами утеплителей понадобится укладывать толстый слой теплоизоляции. Обратившись к таблице теплопроводности, можно определить, что низкий теплообмен конструкций из железобетона будет только при их толщине 6 м. Готовый дом будет громоздким, может просесть под почву, а затраты на строительство не окупятся и через 50 лет.

Достаточная толщина теплоизоляционного слоя – 50 см.

Применение теплоизоляционных материалов обеспечивает сокращение затрат на строительные мероприятия и снижает переплаты за энергию зимой. При покупке утеплителя нужно учитывать параметры теплопроводности, основные характеристики, стоимость и удобство самостоятельного монтажа.

Коэффициент теплопроводности материала. Теплопроводность строительных материалов: таблица

В привычной для населения страны холодной зиме, востребованность теплоизоляционных материалов всегда на высоком уровне. Необходимо учитывать все особенности каждого из утеплителей, чтобы сделать выбор в пользу качественного и целесообразного материала.

Содержание:

Зачем нужна теплоизоляция?

Актуальность теплоизоляции заключается в следующем:

• Сохранение тепла в зимний период и прохлады в летний период.

Потери тепла сквозь стены обычного многоэтажного жилого дома составляют 30-40%. Для снижения теплопотерь нужны специальные теплоизоляционные материалы. Применение в зимний период электрических обогревателей способствует дополнительному расходу на электроэнергию. Эти расходы выгодней компенсировать использованием качественного теплоизоляционного материала, обеспечивающего сохранение тепла в зимний период и прохладу в летнюю жару. При этом затраты на охлаждение помещения кондиционером также будут сведены к минимуму.

• Увеличение долговечности конструкций здания.

В случае промышленных зданий с использованием металлического каркаса, утеплитель позволяет защитить поверхность металла от коррозии, являющейся самым пагубным дефектом для данного вида конструкций. А срок службы для здания из кирпича определяется количеством циклов замораживания/оттаивания. Воздействие этих циклов воспринимает утеплитель, ведь точка росы при этом находится в теплоизоляционном материале, а не материале стены.

• Шумоизоляция.

Защита от возрастающего уровня шума достигается при использовании таких шумопоглощающих материалов (толстые матрасы, звукоотражающие стеновые панели).

• Увеличение полезной площади зданий.

Как правильно выбрать утеплитель?

При выборе утеплителя нужно обращать внимание на: ценовую доступность, сферу применения, мнение экспертов и технические характеристики, являющиеся самым важным критерием.

Основные требования, предъявляемые к теплоизоляционным материалам:

• Теплопроводность.

Теплопроводность подразумевает под собой способность материала передавать теплоту. Это свойство характеризуется коэффициентом теплопроводности, на основе которого принимают необходимую толщину утеплителя. Теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности является лучшим выбором.

Также теплопроводность тесно связана с понятиями плотности и толщины утеплителя, поэтому при выборе необходимо обращать внимание и на эти факторы. Теплопроводность одного и того же материала может изменяться в зависимости от плотности.

Под плотностью понимают массу одного кубического метра теплоизоляционного материала. По плотности материалы подразделяются на: особо лёгкие, лёгкие, средние, плотные (жёсткие). К легким относятся пористые материалы, подходящие для утепления стен, перегородок, перекрытий. Плотные утеплители лучше подходят для утепления снаружи.

Читайте также:  Материалы для утепления балкона или лоджии: основные характеристики

Чем меньше плотность утеплителя, тем меньше вес, а теплопроводность выше. Это является показателем качества утепления. А небольшой вес способствует удобству монтажа и укладки. В ходе опытных исследований установлено, что утеплитель, имеющий плотность от 8 до 35 кг/м³ лучше всего удерживает тепло и  подходят для утепления вертикальных конструкций внутри помещений.

А как зависит теплопроводность от толщины? Существует ошибочное мнение, что утеплитель большой толщины будет лучше удерживать тепло внутри помещения. Это приводит к неоправданным расходам. Слишком большая толщина утеплителя может привести к нарушению естественной вентиляции и в помещении будет слишком душно.

А недостаточная толщина утеплителя приводит к тому, что холод будет проникать через толщу стены и на плоскости стены образуется конденсат, стена будет неотвратимо отсыревать, появится плесень и грибок.

Толщину утеплителя необходимо определять на основании теплотехнического расчета с учетом климатических особенностей территории, материала стены и её минимально допустимого значения сопротивления теплопередачи.

В случае игнорирования расчета может появиться ряд проблем, решение которых потребует больших дополнительных затрат!

Таблица теплопроводности материалов

• Экологичность.

Этот фактор является значимым, особенно в случае утепления жилого дома, так как многие материалы выделяют формальдегид, что влияет на рост раковых опухолей. Поэтому необходимо делать выбор в сторону нетоксичных и биологически нейтральных материалов. С точки зрения экологичности лучшим теплоизоляционным материалом считается каменная вата.

• Пожарная безопасность.

Материал должен быть негорючим и безопасным. Гореть может любой материал, разница состоит в том, при каком температуре он возгорается. Важным является то, чтобы утеплитель был самозатухающим.

• Паро- и водонепроницаемость.

Преимущество имеют те материалы, которые обладают водонепроницаемостью, так как впитывание влаги приводит к тому, что  эффективность материала становится низкой и полезные характеристики утеплителя через год использования снижаются на 50% и более.

• Долговечность.

Читайте также:  Как утеплить стены минватой: общие правила

В среднем срок службы изоляционных материалов составляет от 5 до 10-15 лет. Теплоизоляционные материалы, имеющие в составе вату  в первые годы службы значительно снижают свою эффективность.  Зато пенополиуретан обладает сроком службы свыше 50 лет.

Достоинства и недостатки утеплителей

1. Пенополиуретан – на сегодняшний день самый эффективный утеплитель.
   Виды ППУ

Достоинства: бесшовный монтаж пеной, долговечность, лучшая тепло- и гидроизоляция.

Недостатки: дороговизна материала, неустойчивость к УФ-излучению.

1. Пенополистирол (пенопласт) – востребован для использования в качестве утеплителя для помещений разных типов.

Достоинства: низкая теплопроводность, невысокая стоимость, удобство монтажа, водонепроницаемость.

Недостатки: хрупкость, легкая воспламеняемость, образование конденсата.

1. Экструдированный пенополистирол – прочный и удобный материал, при необходимости элементов нужного размера легко разрезается ножом.

Достоинства: очень низкая теплопроводность, водонепроницаемость, прочность на сжатие, удобство монтажа, отсутствие плесени и гниения, возможность эксплуатации от -50⸰С до +75⸰С.

Недостатки: намного дороже пенопласта, восприимчивость к органическим растворителям, образование конденсата.

1. Базальтовая (каменная) вата – минеральная вата, изготавливающаяся на базальтовой основе.

Достоинства: противостояние образованию грибков, звукоизоляция, прочность к механическим воздействиям, огнеупорность, негорючесть.

Недостатки: более высокая стоимость, по сравнению с аналогами.

1. Эковата – утеплитель, выполненный на основе естественных материалов (волокна дерева и минералы). На сегодняшний день применяется довольно часто.

Достоинства: звукоизоляция, экологичность, влагостойкость, доступная стоимость.

Недостатки: во время эксплуатации повышается теплопроводность, необходимость специального оборудования для монтажа, возможность усадки.

1. Изолон – современный утеплитель, изготавливаемый путем вспенивания полиэтилена. Является одним из самых востребованных.

Достоинства: низкая теплопроводность, низкая паропроницаемость, высокая шумоизоляция, удобство резки и монтажа, экологичность, гибкость, небольшой вес.

Недостатки: низкая прочность, необходимость устройства вентиляционного зазора.

1. Пенофол – утеплитель, который отвечает многим требованиям, предъявляемым к качеству утеплителя и утепления различных помещений, а также конструкций и т.д.

Достоинства: экологичность, высокая способность к отражению тепла, высокая шумоизоляция, влагонепроницаемость,  негорючесть, удобство перевозки и монтажа, отражение воздействия радиации.

Недостатки: малая жесткость, затрудненность крепления материала, в качестве теплоизоляции одного пенофола недостаточно.

Заключение

Рассмотренные достоинства и недостатки утеплителей позволят выбрать самый подходящий вариант уже на стадии проектирования. При этом учитывать все требования, предъявляемые к теплоизоляционному материалу, в первую очередь теплопроводность.

Содержание статьи:

Выбор теплоизоляционных материалов на современном рынке огромен. Производители выпускают различные по структуре, плотности, звукоизоляционным характеристикам и влагостойкости модели. Потребителям необходимо знать теплопроводность утеплителей и критерии подбора. Подробное сравнение всех видов поможет найти идеальный для постройки материал.

Понятие теплопроводности

Утеплители имеют разный коэффициент теплопроводности – это главный показатель материала

Под теплопроводностью понимается передача энергии тепла от объекта к объекту до момента теплового равновесия, т.е. выравнивания температуры. В отношении частного дома важна скорость процесса – чем дольше происходит выравнивание, тем меньше остывает конструкция.

В числовом виде явление выражается через коэффициент теплопроводности. Показатель наглядно выражает прохождение количества тепла за определенное время через единицу поверхности. Чем больше величина, тем быстрее утекает тепловая энергия.

Теплопередача различных материалов указывается в характеристиках изготовителя на упаковке.

Факторы влияния на теплопроводность

Теплопроводность зависит от плотности и толщины теплоизолята, поэтому важно учитывать ее при покупке. Плотность – это масса одного кубометра материалов, которые по этому критерию классифицируются как очень легкие, легкие, средние и жесткие. Легкие пористые изделия применяются для покрытия внутренних стен, несущих перегородок, плотные – для наружных работ.

Модификации с меньшей плотностью легче по весу, но имеют лучшие параметры теплопроводности. Сравнение утеплителей по плотности представлено в таблице.

Чем выше плотность, тем меньше уровень пароизоляции.

Толщина материала также влияет на степень теплопередачи. Если она избыточная, нарушается естественная вентиляция помещений. Маленькая толщина становится причиной мостов холода и образования конденсата на поверхности. В результате стена покроется плесенью и грибком. Сравнить параметры толщины материалов можно в таблице.

При подборе толщины стоит учитывать климат местности, материал постройки.

Характеристики разных материалов

Перед рассмотрением таблицы теплопроводности утеплителей имеет смысл ознакомиться с кратким обзором. Информация поможет застройщикам разобраться в специфике материала и его назначении.

Пенопласт

Пенопласт и пенополистирол отличаются способом производства, ценой и теплопроводностью

Плитный материал, изготовленный посредством вспенивания полистирола. Отличается удобством раскроя и монтажа, низкой теплопроводностью – в сравнении с другими изоляторами пенопласт легче. Преимущества изделия – недорогая стоимость, стойкость к влажной среде. Минусы пенопласта – хрупкость, быстрая возгораемость. По этой причине плиты толщиной 20-150 мм используются для теплоизоляции легких наружных конструкций – фасадов под штукатурные работы, стены цоколей и подвалов.

При горении пенопласта выделяются токсичные вещества.

Экструдированный пенополистирол

Вспененный полистирол с экструзией отличается стойкость к воздействию влажной среды. Материал легко раскраивается, не горит, прост в укладке и транспортировке. У плит помимо низкой теплопроводности – высокая плотность и прочность на сжатие. Среди российских застройщиков популярен экструдированный пенополистирол брендов Техноплекс и Пеноплекс. Его применяют для теплоизоляции отмостки и ленточного фундамента.

Минеральная вата

Чем плотнее плиты минеральной базальтовой ваты, тем хуже они проводят тепло

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты – 0,048 Вт/(м*С), что больше пенопласта. Материал изготавливается на основе горных пород, шлака или доломита в форме плит и рулонов, у которых разный индекс жесткости. Для утепления вертикальных поверхностей допускается применять жесткие и полужесткие изделия. Горизонтальные конструкции лучше утеплять при помощи легких минплит.

Несмотря на оптимальный индекс теплопроводности, у минеральной ваты маленькая устойчивость к влажной среде. Плиты не подойдут для утепления подвальных помещений, парилок, предбанников.

Применение минваты с низкой теплопроводностью допускается только при наличии пароизоляционного и гидроизоляционного слоев.

Базальтовая вата

Основой для изоляции является базальтовый вид горной породы, который раздувается при нагреве до состояния волокон. При изготовлении также добавляют нетоксичные связующие компоненты. На российском рынке продукция бренда Роквул, на примере которой можно рассмотреть особенности утеплителя:

• не подвергается возгоранию;
• отличается хорошим показателем тепло- и звукоизоляции;
• отсутствие слеживания и уплотнения в процессе эксплуатации;
• экологически чистый строительный материал.

Параметры теплопроводности позволяют использовать каменную вату для наружных и внутренних работ.

Стекловата

Стекловата имеет коэффициент теплопроводности выше, чем каменная вата, материал гигроскопичен

Стекловатный утеплитель изготавливается из буры, известняка, соды, просеянного доломита и песка. Для экономии на производстве применяют стеклобой, что не нарушается свойства материала. К преимуществам стекловаты относятся высокие показатели тепло- и звукоизоляции, экологическая чистота и низкая стоимость. Минусов больше:

• Гигроскопичность – впитывает воду, вследствие чего теряет утепляющие характеристики. Для предотвращения гниения и разрушения конструкции укладывают между пароизоляционными слоями.
• Неудобство монтажа – волокна с повышенной хрупкостью распадаются, могут вызывать жжение и зуд кожи.
• Непродолжительная эксплуатация – через 10 лет происходит усадка.
• Невозможность применения для утепления влажных комнат.

При работе со стекловатой нужно защищать кожу рук перчатками, лицо – очками или маской.

Вспененный полиэтилен

Вспененный фольгированный полиэтилен имеет пропускает тепло хуже, чем обычный

Рулонный полиэтилен с пористой структурой имеет дополнительный отражающий слой из фольги. Преимущества изолона и пенофола:

• маленькая толщина – от 2 до 10 мм, что в 10 раз меньше обычных изоляторов;
• возможность сохранения до 97 % полезного тепла;
• стойкость к воздействию влаги;
• минимальная теплопроводность за счет пор;
• экологическая чистота;
• отражающий эффект, за счет которого аккумулируется тепловая энергия.

Рулонная теплоизоляция подходит для укладки во влажных комнатах, на балконах и лоджиях.

Напыляемая теплоизоляция

Пенополиуретан имеет самую низкую теплопроводность

Если обратиться к таблице, то видно, что напыляемые виды заменяют 10 см минваты. Они выпускаются в баллонах, напоминают монтажную пену и наносятся при помощи специального инструмента. Напыляемый утеплитель бывает разной жесткости, в емкости также присутствуют пенообразователи – полиизоционатом и полиолом. По типу основного компонента изоляция бывает:

• ППУ. Пенополиуретан с открытой ячеистой структурой прочен, теплоэффективен. При наличии закрытых пустот в составе – может пропускать пар.
• Пеноизольная. Жидкий пенопласт на карбамидоформальдегидной основе отличается паропроницаемостью, стойкость к возгоранию. Наносится посредством заливки. Оптимальная температура затвердевания – от +15 градусов.
• Жидкая керамика. Керамические компоненты расплавляются до жидкого состояния, потом смешиваются полимерными веществами и пигментами. Получаются вакуумированные полости. Наружное утепление обеспечивает защиту здания на 10 лет, внутреннее – на 25 лет.
• Эковата. Целлюлоза измельчается до состояния пыли, приобретает клейкость при попадании воды. Материал подходит для работы на влажных стеновых поверхностях, но не используется рядом с каминными трубами, дымоходами и печами.

Напыляемые утеплители отличаются хорошей сцепкой с поверхностями, для которых применялись дерево, кирпич или газобетон.

Таблица коэффициентов теплопроводности разных материалов

На основе таблицы с коэффициентами теплопроводности строительных материалов и популярных утеплителей можно сделать сравнительный анализ. Он обеспечит подбор оптимального варианта теплоизоляции для строения.

Для параметров толщины применялся усредненный показатель.

Иные критерии подбора утеплителей

Теплоизоляционное покрытие обеспечивает снижение теплопотерь на 30-40 %, повышает прочность несущих конструкций из кирпича и металла, сокращает уровень шума и не забирает полезную площадь постройки. При выборе утеплителя помимо теплопроводности нужно учитывать другие критерии.

Объемный вес

Вес и плотность минваты влияет на качество утепления

Данная характеристика связана с теплопроводностью и зависит от типа материала:

• Минераловатные продукты отличаются плотностью 30-200 кг/м3, поэтому подходят для всех поверхностей строения.
• Вспененный полиэтилен имеет толщину 8-10 мм. Плотность без фольгирования равняется 25 кг/м3 с отражающей основой – около 55 кг/м3.
• Пенопласт отличается удельным весом от 80 до 160 кг/м3, а экструдированный пенополистирол – от 28 до 35 кг/м3. Последний материал является одним из самых легких.
• Полужидкий напыляемый пеноизол при плотности 10 кг/м3 требует предварительного оштукатуривания поверхности.
• Пеностекло имеет плотность, связанную со структурой. Вспененный вариант характеризуется объемным весом от 200 до 400 кг/м3. Теплоизолят из ячеистого стекла – от 100 до 200 м3, что делает возможным применение на фасадных поверхностях.

Чем меньше объемный вес, тем меньше затрачивается материала.

Способность держать форму

Плиты и пенополиуретан имеют одинаковую степень жесткости, хорошо выдерживают форму

Производители не указывают формостабильность на упаковке, но можно ориентироваться на коэффициенты Пуассона и трения, сопротивления изгибам и сжатиям. По стабильности формы судят о сминаемости или изменении параметров теплоизоляционного слоя. В случае деформации существуют риски утечки тепла на 40 % через щели и мосты холода.

Формостабильность стройматериалов зависит от типа утеплителя:

• Вата (минеральная, базальтовая, эко) при укладке между стропилами расправляется. За счет жестких волокон исключается деформация.
• Пенные виды держат форму на уровне жесткой каменной ваты.

Способность изделия держать форму также определяется по характеристикам упругости.

Паропроницаемость

Определяет «дышащие» свойства материала – способность к пропусканию воздуха и пара. Показатель важен для контроля микроклимата в помещении – в законсервированных комнатах образуется больше плесени и грибка. В условиях постоянной влажности конструкция может разрушаться.

По степени паропроницаемости выделяют два типа утеплителей:

• Пены – изделия, для производства которых применяется технология вспенивания. Продукция вообще не пропускает конденсат.
• Ваты – теплоизоляция на основе минерального или органического волокна. Материалы могут пропускать конденсат.

При монтаже паропроницаемых ват дополнительно укладывают пленочную пароизоляцию.

Горючесть

Показатель, на который ориентируются при строительстве наземных частей жилых зданий. Классификация токсичности и горючести указана в ст. 13 ФЗ № 123. В техническом регламенте выделены группы:

• НГ – негорючие: каменная и базальтовая вата.
• Г – возгораемые. Материалы категории Г1 (пенополиуретан) отличаются слабой возгораемостью, категории Г4 (пенополистирол, в т.ч. экструдированный) – сильногорючие.
• В – воспламеняемые: плиты из ДСП, рубероид.
• Д – дымообразующие (ПВХ).
• Т – токсичные (минимальный уровень – у бумаги).

Оптимальный вариант для частного строительства – самозатухающие материалы.

Звукоизоляция

Характеристика, связанная с паропроницаемостью и плотностью. Ваты исключают проникновение посторонних шумов в помещении, через пены проникает больше шума.

У плотных материалов лучше шумоизоляционные свойства, но укладка осложняется толщиной и весом. Оптимальным вариантом для самостоятельных теплоизоляционных работ будет каменная вата с высоким звукопоглощением. Аналогичные показатели – у легкой стекловаты или базальтового утеплителя со скрученными длинными тонкими волокнами.

Нормальный показатель звукоизоляции – плотность от 50 кг/м3.

Практическое применение коэффициента теплопроводности

Коэффициент теплопроводности необходим для вычисления объема утеплителя в климатическом поясе

После теоретического сравнения материалов нужно учитывать их разделение на группы теплоизоляционных и конструкционных. У конструкционного сырья – самые высокие индексы теплопередачи, поэтому оно подходит для возведения перекрытий, ограждений или стен.

Без использования сырья со свойствами утеплителей понадобится укладывать толстый слой теплоизоляции. Обратившись к таблице теплопроводности, можно определить, что низкий теплообмен конструкций из железобетона будет только при их толщине 6 м. Готовый дом будет громоздким, может просесть под почву, а затраты на строительство не окупятся и через 50 лет.

Достаточная толщина теплоизоляционного слоя – 50 см.

Применение теплоизоляционных материалов обеспечивает сокращение затрат на строительные мероприятия и снижает переплаты за энергию зимой. При покупке утеплителя нужно учитывать параметры теплопроводности, основные характеристики, стоимость и удобство самостоятельного монтажа.

Процесс передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой называется теплопроводностью. Числовое значение такого процесса отражает коэффициент теплопроводности материала. Это понятие является очень важным при строительстве и ремонте зданий. Правильно подобранные материалы позволяют создать в помещении благоприятный микроклимат и сэкономить на отоплении существенную сумму.

Понятие теплопроводности

Теплопроводность – процесс обмена тепловой энергией, который происходит за счет столкновения мельчайших частиц тела. Причем этот процесс не прекратится, пока не наступит момент равновесия температур. На это уходит определенный промежуток времени. Чем больше времени затрачивается на тепловой обмен, тем ниже показатель теплопроводности.

Данный показатель выражают как коэффициент теплопроводности материалов. Таблица содержит уже измеренные значения для большинства материалов. Расчет производится по количеству тепловой энергии, прошедшей сквозь заданную площадь поверхности материала. Чем больше вычисленное значение, тем быстрее объект отдаст все свое тепло.

Факторы, влияющие на теплопроводность

Коэффициент теплопроводности материала зависит от нескольких факторов:

• Плотность материала. При повышении данного показателя взаимодействие частиц материала становится прочнее. Соответственно, они будут передавать температуру быстрее. А это значит, что с повышением плотности материала улучшается передача тепла.

• Пористость вещества. Пористые материалы являются неоднородными по своей структуре. Внутри них находится большое количество воздуха. А это значит, что молекулам и другим частицами будет сложно перемещать тепловую энергию. Соответственно, коэффициент теплопроводности повышается.

• Влажность также оказывает влияние на теплопроводность. Мокрые поверхности материала пропускают большее количество тепла. В некоторых таблицах даже указывается расчетный коэффициент теплопроводности материала в трех состояниях: сухом, среднем (обычном) и влажном.

Выбирая материал для утепления помещений, важно учитывать также условия, в которых он будет эксплуатироваться.

Понятие теплопроводности на практике

Теплопроводность учитывается на этапе проектирования здания. При этом берется во внимание способность материалов удерживать тепло. Благодаря их правильному подбору жильцам внутри помещения всегда будет комфортно. Во время эксплуатации будут существенно экономиться денежные средства на отопление.

Утепление на стадии проектирования является оптимальным, но не единственным решением. Не составляет трудности утеплить уже готовое здание путем проведения внутренних или наружных работ. Толщина слоя изоляции будет зависеть от выбранных материалов. Отдельные из них (к примеру, дерево, пенобетон) могут в некоторых случаях использоваться без дополнительного слоя термоизоляции. Главное, чтобы их толщина превышала 50 сантиметров.

Особенное внимание следует уделить утеплению кровли, оконных и дверных проемов, пола. Сквозь эти элементы уходит больше всего тепла. Зрительно это можно увидеть на фотографии в начале статьи.

Конструкционные материалы и их показатели

Для строительства зданий используют материалы с низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее популярными являются:

• Бетон. Его теплопроводность находится в пределах 1,29-1,52Вт/м*К. Точное значение зависит от консистенции раствора. На этот показатель также влияет плотность исходного материала, которая составляет 500-2500 кг/м³. Используют данный материал в виде раствора для фундаментов, в виде блоков – для возведения стен и фундамента.

• Железобетон, значение теплопроводности которого составляет 1,68Вт/м*К. Плотность материала достигает 2400-2500 кг/м³.

• Древесина, издревле использующаяся как строительный материал. Ее плотность и теплопроводность в зависимости от породы составляют 150-2100 кг/м³ и 0,2-0,23Вт/м*К соответственно.

Еще один популярный строительный материал – кирпич. В зависимости от состава он обладает следующими показателями:

• саманный (изготовленный из глины): 0,1-0,4 Вт/м*К;

• керамический (изготовленный методом обжига): 0,35-0,81 Вт/м*К;

• силикатный (из песка с добавлением извести): 0,82-0,88 Вт/м*К.

Материалы из бетона с добавлением пористых заполнителей

Коэффициент теплопроводности материала позволяет использовать последний для постройки гаражей, сараев, летних домиков, бань и других сооружений. В данную группу можно отнести:

• Пенобетон. Производится с добавлением пенообразующих веществ, за счет которых характеризуется пористой структурой с плотностью 500-1000 кг/м³. При этом способность передавать тепло определяется значением 0,1-0,37Вт/м*К.

• Керамзитобетон, показатели которого зависят от его вида. Полнотелые блоки не имеют пустот и отверстий. С пустотами внутри изготавливают пустотелые блоки, которые менее прочные, нежели первый вариант. Во втором случае теплопроводность будет ниже. Если рассматривать общие цифры, то плотность керамзитобетона составляет 500-1800кг/м3. Его показатель находится в интервале 0,14-0,65Вт/м*К.

• Газобетон, внутри которого образуются поры размером 1-3 миллиметра. Такая структура определяет плотность материала (300-800кг/м³). За счет этого коэффициент достигает 0,1-0,3 Вт/м*К.

Показатели теплоизоляционных материалов

Коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов, наиболее популярных в наше время:

• пенопласт, который обладает плотностью 15-50кг/м³, при теплопроводности – 0,031-0,033Вт/м*К;

• пенополистирол, плотность которого такая же, как и у предыдущего материала. Но при этом коэффициент передачи тепла находится на уровне 0,029-0,036Вт/м*К;

• стекловата. Характеризуется коэффициентом, равным 0,038-0,045Вт/м*К;

• каменная вата с показателем 0,035-0,042Вт/м*К.

Таблица показателей

Для удобства работы коэффициент теплопроводности материала принято заносить в таблицу. В ней кроме самого коэффициента могут быть отражены такие показатели как степень влажности, плотность и другие. Материалы с высоким коэффициент теплопроводности сочетаются в таблице с показателями низкой теплопроводности. Образец данной таблицы приведен ниже:

Использование коэффициента теплопроводности материала позволит возвести желаемую постройку. Главное: выбрать продукт, отвечающий всем необходимым требованиями. Тогда здание получится комфортным для проживания; в нем будет сохраняться благоприятный микроклимат.

Правильно подобранный изоляционный материал снизит потери тепла, по причине чего больше не нужно будет «отапливать улицу». Благодаря этому финансовые затраты на отопление существенно снизятся. Такая экономия позволит в скором времени вернуть все деньги, которые будут затрачены на приобретение теплоизолятора.

Выбирая утеплитель, мы обращаем внимание на 2 главные характеристики – это теплопроводность и плотность. У большинства из нас на подсознательном уровне формируется мнение, что чем плотнее материал, тем он надежней и теплее. На самом деле это не так, теплопроводность утеплителя зависит от плотности не пропорционально и для каждого материала есть своя «оптимальная зона». Для наглядного примера возьмем продукты одного из самых успешных производителей минеральной ваты РОКВУЛ.

График зависимости теплопроводности от плотности утеплителя ROCKWOOL

Как мы видим, минимальная теплопроводность базальтовой ваты компании ROCKWOOL, так называемая «оптимальная зона», достигается для утеплителя плотностью в районе 50 — 100 кг/м³. Почему зависимость носит такой характер? Давайте разберемся более подробно в этом вопросе.

В любом утеплителе в качестве главного теплоизолятора служит воздух. Изолированный от окружающей среды, он обладает очень низкой теплопроводностью λ= 0,022 Вт/(м·K). Выходит, что чем больше воздуха в утеплителе, тем меньше тепла будет уходить из дома, соответственно и плотность будет намного меньше. В реальности, этот воздух необходимо еще качественно изолировать, чтобы он был максимально неподвижен.

Также важно, чтобы утеплитель мог нести какие-то нагрузки, как минимум не слеживаться со временем, чтобы сохранять первоначальный объём. Именно поэтому у каждого вида теплоизоляции есть минимальная и максимальная плотность, где учитываются нагрузки и оптимальная теплопроводность.

Для каждого вида утепления есть свои требования, выбирать более плотный материал стоит в том случае, если на него предвидятся нагрузки – это утепление плоских крыш, или утепление фасада под штукатурку, тут уже в первую очередь необходимо отталкиваться от прочностных характеристик.

К примеру, для утепления пола на бетонной стяжке, производитель ROCKWWOL рекомендует линейку STEPROCK HD, плотностью 140 кг/м³ и теплопроводностью λ=0,039 Вт/(м·K). Если попробовать сделать плиты легче, то вата может не выдержать такую нагрузку, а если сделать тяжелее, то теплопроводность незначительно ухудшиться, и цена утеплителя увеличиться.

Важно! помните, покупая утеплитель, Вы покупаете материал для сохранения тепла, самая главная характеристика в утеплителе – теплопроводность. Перед покупкой ознакомьтесь с сертификатами испытаний и обратите внимание – коэффициент теплопроводности должен быть в условиях эксплуатации, ведь в реальной жизни небольшое количество влаги всегда будет присутствовать.

Вывод: задача любого производителя найти баланс между частью воздуха и качеством изоляции этого воздуха. Это касается и стекловаты, и пенопласта, и пенополиуретана, только у каждого из этих утеплителей будут свои значения плотности для оптимальной теплопроводности.

Используемые источники:

• https://balkon4life.ru/uteplenie/materialy/sravnenie-uteplitelej-tablica-teploprovodnosti/.html
• https://strojdvor.ru/otoplenie/sravnenie-teploprovodnosti-razlichnyx-uteplitelej/
• https://fb.ru/article/305875/koeffitsient-teploprovodnosti-materiala-teploprovodnost-stroitelnyih-materialov-tablitsa
• https://xn--e1aecbmcsce2a6c6fc.com.ua/blog-post/зависит-ли-теплопроводность-утеплит/

Теплопроводность минеральной ваты (минваты): коэффициент

Современные строительные технологии предоставляют широкий выбор всевозможных утеплителей, решающих проблемы энергосбережения и экономии тепла. Одним из самых качественных и эффективных изоляционных материалов является минеральная вата. Функциональные характеристики и теплопроводность минеральной ваты являются важными показателями, обуславливающими выбор именно этой категории стройматериалов для утепления домов.

Минеральная вата – волокнистый прессованный теплоизоляционный материал, изготавливается из горных вулканических пород или базальтовых волокон с добавлением известняка. Производственные технологии позволяют получать минвату из силикатного расплава доменных шлаков или отходов сталелитейной и металлургической промышленности, однако такая продукция менее долговечна.

Рис.1 Формы минеральных утеплителей

Утеплитель выпускается в форме плит матов, рассыпных гранул или рулонов, его применение позволяет удерживать теплый воздух в границе помещения зимой, а летом защищает от высокой температуры.

Теплопроводность изоляционных материалов

Теплопроводность – это физическая величина, выражающаяся в цифровом коэффициенте и показывающая способность материала удерживать тепловую энергию.

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты показывает количество тепла, которое теряется через квадратный метр площади, при толщине один метр за один час, при разности температур в один градус Цельсия.

Чем меньше показатель теплопроводности, тем лучше материал сохраняет тепло. Самый низкий показатель теплопроводности у воздуха. Именно поэтому ячеистая и наполненная воздушными порами многослойная вата надежно удерживает тепло внутри любого здания.

Коэффициент теплопроводности минваты зависит от плотности материала и варьируется в пределах 0,032-0,039 Вт/(м°C). Чем жестче материал, тем меньшей теплопроводностью он обладает.

Если сравнить теплопроводность минваты с теплопроводностью других популярных изоляционных материалов (мм)/ и необходимую толщину эффективного слоя утеплителя Вт/(м°C), то получаются такие результаты средних величин:

• Базальтовая вата – 167/0,039;
• Пенополистирол – 159/0,037;
• Пенопласт – 155/0,035;
• Керамзит – 869/0,170;
• Кирпич – 1460/0,520.

Рис.2 Пустотная структура минеральной ваты

Таким образом, теплопроводность пенопласта и минваты находится примерно на одинаковом уровне. И хотя пенопласт немного лучше удерживает тепло, его качественные свойства и характеристики в значительной мере уступают минеральным утеплителям.

Теплоизоляционные характеристики различных материалов можно оценивать и исходя из их способности сопротивляться теплоотдаче. Эта величина напрямую зависит от толщины теплоизолятора. Чем выше показатели сопротивления, тем лучше изоляционные свойства.

Наглядным примером является то, что для того чтобы добиться одинаковых результатов энергоэффективности, применяя различные материалы, следует учитывать и толщину изоляционного слоя.

Сравнивая теплопроводность керамзита и минваты, становиться понятно, что слой базальтовой ваты, толщиной 167 миллиметров даст примерно одинаковый эффект по сравнению со слоем керамзита, толщиной 869 миллиметров. А для того, чтобы кирпичная кладка давала такую же теплозащиту, необходимо выложить стену, толщиной практически полтора метра.

Другие характеристики минеральной ваты

Сравнивая теплопроводность минеральной ваты с другими видами утеплителей, не стоит забывать и о других преимущественных особенностях этого материала:

• Огнеупорность – длительное время выдерживает высокие температуры;
• Устойчивость к влажности и агрессивным химическим соединениям;
• Экологическая чистота;
• Отличные звуко- и виброизоляционные свойства;
• Легкость в обработке и монтаже;
• Стойкость к воздействию бактерий или грызунов;
• Долговечность – при правильной эксплуатации срок службы составляет более 70 лет.

Благодаря всем этим качественным показателям, эффективности энергозащиты, а также сравнительно невысокой стоимости, минеральные утеплители являются одними из самых востребованных материалов для создания комфортного и теплого дома.

С этой статьей также читают:

Почему базальтовая вата – лучший теплоизолятор?

Способность материала проводить тепловую энергию зависит от его структуры, плотности, пористости и влажности. Замечено, что сквозь толщу сухих слоистых волокон воздушные потоки движутся очень медленно – именно этим объясняются изоляционные свойства войлока (шерсти), торфа, опилок, пробки, различных пеноблоков.

В строительных целях часто используется минеральная вата на базальтовой основе, теплопроводность которой является одной из самых низких среди товаров аналогичной группы. Она производится из окаменевших магматических пород – габбро-базальтов, с добавлением минеральных (кокс, глина, известняк, доломит), а иногда и синтетических веществ (битумные и фенолоформальдегидные смолы). После переплавки сырья при температуре свыше 1500°C, полученную вязкую массу подают на центрифугу, где под воздействием центробежных сил капли вытягиваются в многочисленные волокна и застывают уже в виде мягкой слоистой массы.

Благодаря пористой текстуре, низкой плотности и отсутствию молекул воды, тепловая проводимость каменной ваты равна такому же показателю ваты из хлопка. При этом блоки из минерального сырья в сотни раз дешевле по себестоимости, намного более прочные и долговечные, не горят и не разлагаются под воздействием окружающей среды. В коэффициентном соотношении теплопроводность базальтовой ваты составляет от 0,044 до 0,051 Вт/(м·К). Для сравнения, лучше сохраняет тепло только шерсть (0,033), пух гаги (0,008) и эталонная мера – вакуум – 0,0 Вт/(м·К).

Кроме высоких термозащитных свойств, востребованность утеплителя из каменных волокон объясняется и другими преимуществами в сравнении с материалами того же назначения. Особенно важным качеством является экологичность. В то время как пенополиуретановые блоки, монтажная пена, пенопласт уже при минимальном нагревании начинают испарять токсичные вещества, минвата остается абсолютно безопасной для здоровья людей. Хорошая паропроницаемость позволяет стенам дышать – таким образом, в зданиях, обшитых данным изолятором, сохраняется комфортный микроклимат.

Если для утепления была использована базальтовая вата, теплопроводность конструкции значительно снижается. В холодное время года это позволяет существенно уменьшить затраты на отопление, а летом создает хорошую защиту от жары. Огнеустойчивость материала дает возможность применять его в качестве изоляции дымоходов, печей, котлов, труб отопления и других высокотемпературных объектов. Данное свойство особенно актуально для деревянных зданий, а также крыш.

Наша «Производственная компания «ВТВ-Инжиниринг», поможет Вам заказать качественную базальтовую вату, которая будет удовлетворить всем вашим требованиям.

(PDF) Теплопроводность эпоксидных гибридных композитов, армированных углеродным / базальным волокном

1506 Теплопроводность гибридных эпоксидных композитов, армированных углеродным / базальным волокном

Mingchao, W., Zuoguang, Z., Zhijie, S., 2009. The Hybrid Модельные и механические свойства

гибридных композитов, армированных волокнами разного диаметра. Journal of Reinforced

Plastics and Composites, Volume 28 (3), pp. 257–264

Murthy, B., Rodrigues, L., Девинени, А., 2012. Оптимизация параметров процесса в Gfrp

Бурение посредством интеграции методологии Тагучи и поверхности отклика. Research

Journal of Recent Sciences, Том 1 (6), стр. 7–15

Нурджая, Д.М., Астутининсих, С., Зульфия, А., 2015. Тепловое влияние на прочность на изгиб геополимерного матричного композита

с глиноземом и волластонит в качестве наполнителей. Международный

Технологический журнал, Том 6 (3), стр.462–470

Онал Л., Аданур С., 2002. Влияние последовательности укладки на механические свойства стекла –

до и после удара. Journal of Industrial Textiles,

Volume 31 (4), pp. 255–271

Pandya, KS, Veerraju, C., Naik, N., 2011. Гибридные композиты, изготовленные из углерода и стекла

Тканые ткани под квази- статическая загрузка. Материалы и дизайн, том 32 (7), стр. 4094–

4099

Park, J.-M., Kwon, D.-J., Wang, Z.-J., Roh, J.-U., Lee, W.-I., Park, J.-K., DeVries, KL, 2014.

Влияние углеродных нанотрубок и армирования углеродным волокном на теплопроводность

и абляционные свойства углеродных / фенольных композитов. Композиты Часть B: Engineering,

Volume 67, pp. 22–29

Singha, K., 2012. Краткий обзор базальтового волокна. Международный журнал текстильной науки,

Том 1 (4), стр. 19–28

Сонг, М., Санкар, Б., Субхаш, Г., Йен, К., 2012. Анализ расслоения в режиме I закрепленных композитов Z-

с использованием безразмерной аналитической модели. Композиты Часть B:

Engineering, Volume 43 (4), pp. 1776–1784

Subagia, I.D.G., Kim, Y., 2014a. Поведение при растяжении гибридного эпоксидного композитного ламината

, содержащего углеродные и базальтовые волокна. Наука и техника композитных материалов,

Том 21 (2), стр. 211–217

Subagia, I.Д.Г.А., Ким Ю., 2013. Исследование свойств изгиба гибридных композитов углерод-базальт / эпоксидная смола

. Journal of Mechanical Science and Technology, Volume 27 (4), pp.

987

Subagia, I.D.G.A., Ким, Ю., Тиджин, Л.Д., Ким, К.С., Шон, Х.К., 2014b. Влияние укладки последовательности

на изгибные свойства гибридных композитов, армированных углеродными и базальтовыми волокнами

. Композиты Часть B: Инженерия, Том 58, стр. 251–258

Subagia, I.Д.Г.А., Тиджин, Л.Д., Ким, Ю., Ким, К.С., Виста IV, Ф.П., Шон, Х.К., 2014c.

Механические характеристики многомасштабных слоистых материалов из базальтового волокна и эпоксидной смолы, содержащих

микро / наночастиц турмалина. Композиты, часть B: Engineering, Volume 58, pp. 611–

617

Yamashita, Y., Yamada, H., Miyake, H., 2008. Эффективная теплопроводность ткани с полотняным переплетением

и ее композитного материала, изготовленного из Волокна высокой прочности. Journal of Textile

Engineering, Volume 54 (4), стр.111–119

Ю., Х., Хейдер, Д., Адвани, С., 2015. Роль последовательности укладки в плоскости на поперечную

эффективную теплопроводность однонаправленных композитных ламинатов. International

Journal of Heat and Mass Transfer, Volume 85, pp. 897–903

Zhang, J., Chaisombat, K., He, S., Wang, CH, 2012. Гибридные композитные ламинаты, армированные стеклом

/ Углеродные ткани для легких несущих конструкций. Материалы и

Дизайн, Том 36, стр.75–80

Измерение и прогнозирование теплопроводности вулканических базальтовых пород в районе Варсак

Точные значения тепловых свойств горных пород необходимы для ряда инженерных приложений, начиная от потерь тепла в зданиях и заканчивая подземным геотермальным моделированием. Магматические породы являются одним из основных компонентов земной коры и образуются в результате кристаллизации и затвердевания расплавленной магмы. В этой работе свойства теплопереноса пористых магматических базальтовых пород измеряются с использованием метода Transient Plane Source (TPS) в условиях окружающей среды с воздухом в качестве насыщающего вещества в поровых пространствах.Данные представлены для пятнадцати образцов вулканических базальтовых пород с различной пористостью от 0,267% до 9,432% по объему, взятых из местечка Варсак близ города Пешавара, расположенного на севере Пакистана. Параметры пористости и плотности измеряются с использованием стандартов Американского общества испытаний и материалов (ASTM). Минеральный состав образцов анализируется методом рентгеновской флуоресценции (XRF). Удельный вес прогнозируется на основе химического состава базальтов и сравнивается с экспериментальными результатами.Значения теплопроводности и температуропроводности измеренных образцов также прогнозируются с использованием закона смешения и эмпирических моделей, а результаты сравниваются с измеренными данными. Результаты показывают, что теплопроводность исследуемых образцов базальта уменьшается с увеличением значений пористости, в то время как в данных по температуропроводности не наблюдалось значительного изменения. Измеренные данные важны для геотермического моделирования и прогнозирования потерь тепла в зданиях, где используются базальтовые породы.

1. Введение

Знание свойств теплопереноса горных пород представляет большой интерес для ученых и инженеров при оценке точного теплопереноса в горных породах в процессе бурения на нефтегазодобывающих предприятиях. Точные значения тепловых свойств горных пород необходимы для геотермического моделирования и подземного накопления энергии [1–4]. Камни считаются твердыми телами с плохой теплопроводностью, и их теплопроводность основана в основном на фононном (решеточной) вкладе.Циммерман сообщил о существовании нескольких корреляций между теплопроводностью, плотностью и пористостью [5, 6]. Влияние ряда физических свойств на теплопроводность решетки нескольких образцов сухого песчаника исследовал Ананд в 1973 г. [7–9].

Магматические породы являются основным компонентом земной коры и образуются в результате кристаллизации и затвердевания расплавленной магмы. В зависимости от размера зерен магматические породы подразделяются на две группы: (1) когда магма или лава охлаждается над поверхностью Земли, образуются экструзивные или вулканические магматические (мелкозернистые) породы, и (2) когда магма охлаждается. под поверхностью Земли образуются интрузивные или плутонические (крупнозернистые) породы [10, 11].В зависимости от химического состава магматические породы подразделяются на четыре группы: ультраосновные (SiO ₂ <45%), основные (SiO ₂ 45–52%), промежуточные (SiO ₂ 53–65%), и кислый (SiO ₂ > 65%). Базальтовые породы считаются наиболее распространенными вулканическими породами на Земле и образуют ключевой компонент океанской коры. Базальт – это мелкозернистая порода темного цвета, которая в основном используется в строительстве в виде строительных блоков, а также в качестве основания для полов и на дорогах, поскольку из-за своей низкой пористости препятствует диффузии влаги [12, 13].Исследуемые образцы относятся к базальтовым и относятся к основной группе магматических пород, содержащей около 45–52% кремнезема.

Для измерения теплопереносных свойств горных пород используется ряд переходных и установившихся методов; однако из-за длительного времени измерения стационарные методы не являются предпочтительными для влажных / насыщенных материалов. С другой стороны, переходные методы предпочтительнее из-за их короткого времени измерения и одновременных измерений как теплопроводности, так и температуропроводности.Bouguerra et al. использовал метод Transient Plane Source (TPS) для измерения теплопроводности твердых агрегатов строительных материалов и выполнил как экспериментальные, так и теоретические работы по оценке теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости древесных композитов, снова используя хорошо известный TPS методика [14, 15]. Работа Gruescu et al. был связан с определением эффективной теплопроводности пористых горных пород или скальных композитов, состоящих из нескольких твердых компонентов в частично насыщенных условиях [16].Gong et al. изготовили пористую муллитовую керамику из порошка муллита промышленного качества путем вспенивания и отверждения крахмала, измерили их теплопроводность с помощью метода TPS и подробно обсудили взаимосвязь между теплопроводностью и пористостью [17].

В этой работе образцы вулканических пород базальта собраны в месте под названием «Варсак» на севере Пакистана. Район Варсак расположен примерно в 30 км от города Пешавар в геологическом положении 34 ° 6′ – 34 ° 14′N широты и 71 ° 20′ – 71 ° 26′E долготы [18, 19].Геологическая съемка и карта района Варсак уже подробно обсуждались многими авторами [18–21]. Например, геологическая карта изучаемого района и петрография горных пород подробно обсуждались Ахмадом и др. Континентальный магматизм, связанный с позднепалеозойским и мезозойским рифтогенезом в районе Варсак, и подтверждение базальтовой природы пород изученного района были даны Касим Джаном и Каримом [22].

В качестве метода измерения используется метод Transient Plane Source (TPS) для измерения теплофизических свойств образцов горной породы в зависимости от пористости.Существующие теоретические модели и модели закона перемешивания используются для прогнозирования эффективных значений теплопроводности образцов базальтовых пород, а результаты сравниваются с экспериментальными данными. Результаты, полученные в ходе этого исследования, могут быть использованы в качестве обязательных исходных данных для геотермического моделирования и для прогнозирования скорости теплопередачи в зданиях из базальтовых пород.

2. Модели прогнозирования эффективной теплопроводности

Эффективная теплопроводность многофазных пористых сред зависит от теплопроводности и объемной доли составляющих фаз.Следовательно, эффективная теплопроводность системы является функцией индивидуальных теплопроводностей твердой матрицы, теплопроводности насыщающей жидкости и пористости уплотненного слоя; то есть, . В общем, для предсказания эффективной теплопроводности используются три основных типа моделей, а именно: модели закона смешения, эмпирические модели и теоретические модели [23].

Ниже приведены несколько хорошо известных моделей теплопроводности, используемых для прогнозирования теплопроводности пористых материалов:

Уравнения (1) и (2) также называются верхней и нижней границами Винера соответственно.

Хашин и Штрикман дали другой набор границ теплопроводности двухфазной системы, который является более точным / узким по сравнению с границами Винера [24]:

Другая модель закона перемешивания – это модель среднего геометрического и дается следующим образом [25 ]:

Расширенная модель Максвелла была разработана на сильном физическом фоне Беком [26]:

Уравнение Асаада очень похоже на модель WGM [27]: где c – эмпирический показатель степени, равный 1 для низкой пористости. образцы [28].

Кумар и Чаудхари представили модель для предсказания эффективной теплопроводности [29, 30]: где, для, и – регулируемый параметр.

Для пористых консолидированных материалов Pande et al. предложена эмпирическая модель следующего вида [31]: где – объемная доля твердой фазы, – эмпирический коэффициент.

Aurangzeb et al. Модель для предсказания теплопроводности пористых консолидированных материалов сформулирована как [32] где – эмпирический коэффициент, который можно определить, зная экспериментальные значения эффективных теплопроводностей.

Exponential Decay Trial (EDT) может также применяться для прогнозирования теплопроводности консолидированной пористой среды при комнатной температуре (303 K) и нормальном давлении, как показано ниже: где – эмпирическая экспонента [1]. Здесь также следует отметить, что все упомянутые выше эмпирические константы рассчитываются методом наименьших квадратов.

3. Экспериментальная установка

Плоский источник переходных процессов (TPS), также известный как зонд Густафссона, используется для измерения теплофизических свойств широкого спектра изотропных и анизотропных материалов, включая твердые тела, пасты и порошки [14, 15, 33].Датчик может использоваться для измерения теплопроводности в диапазоне от 0,005 Вт · м-1K-1 до 500 Вт · м-1K-1 в соответствии со стандартами ISO 22007-2 [34]. Он состоит из плоского термоэлектрического элемента спиральной формы толщиной 10, изготовленного из чистого никеля диаметром 20 мм, размещенного между двумя каптоновыми фольгами. Каптоновая фольга (толщиной 25) используется для обеспечения электрической изоляции и механической прочности датчика. Датчик TPS образует мостовую схему Уитстона и одновременно работает как нагреватель и термометр.Образцы базальтовых пород были приготовлены в виде диска диаметром 45 мм и толщиной 25 мм. Образцы сушили при 105 ± 2 ° C в печи (Heraeus M110) в течение 24 часов, охлаждали в течение получаса и помещали в эксикаторы, чтобы избежать диффузии влаги. Для выполнения измерения датчик зажат между двумя половинами образца, как показано на рисунке 1 (а). Кроме того, чтобы минимизировать контактное сопротивление, поверхности образцов были максимально уплощены, а половинки образцов прижаты с помощью зажима или путем наложения дополнительного веса на образцы.

Во время измерений через датчик пропускается постоянный электрический ток, который увеличивает температуру датчика. В этой работе мы использовали системный источник питания HP-6633A для измерения тока и цифровой мультиметр HP3478A для измерения напряжения на мостовой схеме, при этом оба подключены к компьютеру. Во время измерений на датчик подается ток 200 мА в течение 120 с. Тепло, выделяемое из-за эффекта джоулева нагрева, равномерно рассеивается в образце с обеих сторон сенсора.Повышение температуры (2 K для базальтовых пород) датчика зависит от тепловых свойств измеряемого образца. Путем регистрации зависимости температуры от времени отклика датчика можно измерить теплопроводность и температуропроводность материала, тогда как удельную теплоемкость образца можно рассчитать с помощью уравнения (11). Один из них – это плотность и коэффициент температуропроводности образца.

Теория датчика TPS предполагает, что датчик находится в бесконечной среде (образце) и рассеянное тепло не пересекает границы измеряемого образца.Поэтому время измерения выбирается таким образом, чтобы выделяемое тепло проникало внутрь образца, но не покидало его границ. При каждом запуске измерения собираются около 200 точек данных. Некоторыми точками исходных данных пренебрегают, чтобы исключить влияние контактного сопротивления. Что касается ошибок измерения этого метода, то стандартные отклонения в измерениях теплопроводности, температуропроводности и удельной теплоемкости составляют 5%, 7% и 10% соответственно [33–36].

4. Характеристика образцов

Чтобы понять химический состав рассматриваемых образцов, химический состав анализируется методом XRF в сотрудничестве с Khan Research Laboratories, Кахута, Исламабад, и представлен в таблице 1. Поскольку содержание кремнезема в исследуемых образцах горные породы составляют от 42 до 52%, и согласно диаграмме общего щелочного кремнезема (TAS) процентное содержание (Na ₂ O + K ₂ O) находится в пределах 5%; Таким образом, подтверждается базальтовая природа образцов [37].

плотность и плотность породы, плотность и плотность .Эти свойства зависят от минерального состава и структуры горных пород. Все эти количества измеряются с использованием стандартов ASTM-D6473-15 [38] и приведены в таблице 2. Удельный вес также определяется с использованием индекса Фелсика – Мафика [39], который известен как индекс Фелсика – Мафика.

Из таблицы 2 видно, что пористость образцов колеблется от 0,00267 до 0.09432. Также можно заметить, что процентное отклонение предсказанного удельного веса и его экспериментально измеренных значений составляет до 10%, что согласуется с теорией [40].

5. Результаты

Свойства теплопереноса образцов измеряются экспериментально с использованием метода TPS (также известного как зонд Густафссона [33]) при комнатной температуре (303 ± 2 К) и нормальном давлении с использованием воздуха в качестве насыщающего вещества в поровых пространствах. Полученные экспериментальные результаты приведены в таблице 3. Значения теплопроводности и температуропроводности получены экспериментальным путем, а объемная теплоемкость рассчитана с использованием уравнения (12).