Теплопроводность стекловаты: О минеральном утеплителе

Содержание

Виды и свойства минеральной ваты

К классу минват относятся три материала: стеклянное волокно, волокно, производимое из шлаков (шлаковата), а также каменная вата. У них разная длина и толщина волокон, а также основные параметры: стойкость к нагрузкам, теплопроводность, влагостойкость и способность противостоять нагреву.

Стекловата

Состоит из волокон толщиной от 5 до 15 микрон и длиной от 15 до 50 миллиметров. Они делают стекловату упругой и весьма прочной. Вот только работать с ней надо очень аккуратно – ведь хрупкие стеклянные нити, сломавшись, могут впиться в кожу, попасть в глаза и поранить их. Если случайно вдохнуть стеклянную пыль, можно и легкие повредить. Поэтому при работе с этим утеплителем обязательно надо надевать одноразовый защитный костюм, очки, респиратор и перчатки.

Характеристики стекловаты:

Коэффициент теплопроводности – от 0,03 до 0,052 ватта на метр на Кельвин.
Допустимая температура нагревания – до 500 градусов Цельсия. Оптимальным будет нагрев не выше 450 градусов Цельсия.
Допустимая температура охлаждения – минус 60 градусов Цельсия.

Шлаковата

Производится из доменных шлаков. Волокна имеют толщину от 4 до 12 микрон, а длина их составляет 16 миллиметров. Шлаки обладают остаточной кислотностью, поэтому в сыром помещении они могут агрессивно воздействовать на металлические поверхности. Кроме того, шлаковата слишком хорошо впитывает влагу, а, значит, непригодна для теплоизоляции фасадов зданий. По названным причинам не годится она и для утепления водопроводных труб, как металлических, так и пластиковых. А ещё данный материал хрупок, поэтому колется, если его взять голыми руками.

Характеристики шлаковаты:

Коэффициент теплопроводности (у сухого вещества) – от 0,46 до 0,48 ватта на метр на Кельвин.
Предельно допустимая температура нагревания – до 300 градусов Цельсия. При превышении этого значения происходит спекание волокон, и материал перестает быть теплоизолятором.
Гигроскопичность – высокая.

Каменная вата

У этой разновидности минваты волокна примерно такие же по размеру, как у шлаковаты. Но у них есть существенное преимущество – они не колются. Поэтому работать с каменной ватой гораздо безопаснее, чем с материалом из стекла или шлака. Ее коэффициент теплопроводности составляет от 0,077 до 0,12 ватта на метр на Кельвин, а греть ее можно до 600 градусов Цельсия. Кстати, если имеют в виду утеплитель минвату, то речь, как правило, идет именно о каменной вате.

Из всех ее разновидностей самыми лучшими параметрами обладает базальтовая вата. Она сделана, как и обычная каменная, из габбро или диабаза. Но в каменной вате присутствуют еще доменные шлаки, шихта и минеральные компоненты – глина, известняк и доломит. Эти примеси способствуют увеличению текучести массы, они могут составлять до 35 процентов объема всего вещества. А связующего компонента, основанного на формальдегидной смоле, содержится меньше – от 2,5 до 10 процентов. Уменьшение объема этого вещества делает материал менее влагостойким, зато угроза испарения фенола также уменьшается. В результате снижается опасность для здоровья людей.

Вата из базальта отличается тем, что никаких дополнительных компонентов – ни минеральных, ни связующих – не содержит. Поэтому она может спокойно выдерживать нагревание до 1000 градусов Цельсия. И охлаждать ее можно до минус 190 градусов Цельсия, что абсолютно не повредит этому теплоизоляционному материалу. Базальтовое волокно легко формуется в рулоны или листовой материал, также им удобно набивать маты. А еще оно продается в рассыпном виде. И обыкновенная каменная, и базальтовая вата не горят – если их нагревать свыше допустимой температуры, то волокна материала будут только плавиться, спекаясь друг с другом.

Минеральной ватой утепляют кровлю, потолки и полы, внутренние стены и перегородки. Работать можно как с ровными, так и с нестандартными поверхностями. Сложностей при использовании данного материала обычно не возникает.

Так как плотность минваты может быть различной, то в соответствии с этим параметром выделяют несколько ее марок.

Минеральная вата марки П-75

Плотность этого материала составляет 75 килограммов на кубический метр. Он хорошо подходит для утепления горизонтальных плоскостей, которые не подвергаются большим нагрузкам. В частности, это чердачные помещения, а также некоторые виды кровли. Еще ватой данной марки для сохранения тепла обертывают трубы теплоцентралей, а также газовые и нефтяные трубы. Производители выпускают минвату и меньшей плотности, но ее можно применять лишь там, где нагрузок нет совсем.

Минеральная вата марки П-125

Материал с плотностью 125 килограммов на кубический метр годится для утепления пола или потолка, а также перегородок и стен внутри помещения. В невысоких домах из кирпича, керамзитобетона или газобетона такая вата может стать внутренним слоем стены, состоящей из трех слоев. Материал этой марки имеет также неплохие звукоизоляционные свойства. Используя его, можно не только утеплить здание, но и защититься от шума.

Минвата марки ПЖ-175

Данный материал не только плотный, но и обладает повышенной жесткостью. Применяется он обычно для теплоизоляции перекрытий и стен, сделанных из железобетона или листового профилированного металла.

Минвата марки ППЖ-200

Эта аббревиатура означает, что плита из минваты обладает повышенной жесткостью. Применяют ее в тех же случаях, что и предыдущую марку. Единственное отличие состоит в том, что марку ППЖ-200 можно еще использовать в качестве дополнительной защиты от пожара.

Техника безопасности

Хотя волокна каменной ваты и не колются, но всё же их крошечные кусочки могут подниматься в воздух, подобно пыли. Возникает опасность их вдыхания, что вовсе не полезно для здоровья. Но этих неприятностей вполне можно избежать, если соблюдать меры предосторожности.

Прежде всего, не забывайте при работе с минватой надевать респиратор. А также покройте плоскость утеплителя по всей поверхности паронепроницаемой пленкой из поливинилхлорида.

Важные нюансы

Стоимость минваты зависит от ее плотности. Чем выше этот показатель, тем сложнее изготавливать материал, и тем больше исходного вещества требуется при его производстве.

Это очевидно – ведь с увеличением плотности и число волокон увеличивается.

Хотя шлаковата и стекловата отличаются соблазнительно низкими ценами, как звукоизоляторы они весьма посредственны, и тепло держат не очень хорошо. К тому же создают проблемы при монтаже – если стекловата попадет на кожу, пораженное место потом долго будет воспаляться и чесаться.

Узнайте у продавца, в каком направлении расположены волокна материала. Если они идут вертикально, то минвата будет лучше сберегать тепло и защищать от шумов. Когда волокна расположены хаотично, материал становится более прочным, выдерживая немалые динамические нагрузки.

Теплопроводность минваты: что такое коэффициент теплопроводности?

Все большее количество потребителей выбирают в качестве утеплителя минвату, ориентируясь на долговечность и пожаробезопасность материала, однако теплопроводность более важный показатель.

Теплопроводность минваты находится в прямой зависимости от состава и объемного веса материала, разобраться с техническими характеристиками необходимо до закупки утеплителя.

Содержание:

1 Что такое минеральная вата?
2 Теплопроводность – главный показатель эффективности утеплителя
3 Основные производители
4 Применение утеплителей
5 Заключение

Что такое минеральная вата?

Общим названием «минеральная вата» обозначают группу теплоизоляторов, произведенных из волокон минерального происхождения – стекла, кварцевого песка, камня группы базальтов и шлака. Производство у каждой фирмы имеет некоторое отличие, однако общим является получение волокна из расплава исходного сырья и добавление связующего для формования конечного продукта.

Теплоизоляционные материалы из минеральной ваты выпускают в виде рулонов, матов, плит и цилиндров. Минимальное количество связующего в рулонах, максимальное – в плитах, его тем больше, чем больше объемный вес, жесткость и механическая прочность утеплителя. Основные качества минераловатных утеплителей:

Малая теплопроводность.
Высокая механическая стойкость.
Паропроницаемость.
Химическая стойкость.
Экологичность.
Устойчивость к высоким и низким температурам.
Шумопоглощение.
Огнестойкость.
Долговечность.

Немаловажным свойством минераловатных теплоизоляторов является то обстоятельство, что грызуны не используют эти материалы для гнездования, в отличие от пенополистирола.

Теплопроводность – главный показатель эффективности утеплителя

Коэффициент теплопроводности измеряется в Ваттах, деленных на метр умноженный на градус Кельвина и показывает количество перенесенного через материал тепла. Чем этот коэффициент ниже, тем более эффективным будет утепление, тем более тонкий слой теплоизолятора нужен для сохранения тепла в помещении.

Популярность теплоизоляционных материалов из минеральной ваты обусловлена отличным показателем теплопроводности. В зависимости от вида материала, состава и объемного веса теплопроводность минераловатных плит варьируется от 0, 030 до 0,052 Вт/м*К. в таблице представлены данные по утеплителям из стекловаты:

В жестких плитах из стекловаты количество связующего доходит до 10%, что снижает уровень огнестойкости: показатель Г1 говорит о том, что материал не поддерживает горения, то есть обладает свойством самозатухания.

Коэффициент теплопроводности необходим для расчета требуемой толщины теплоизоляции.

Основные производители

Наиболее качественный товар на рынок утеплителей поставляют компании:

ISOVER – на основе стекловаты и каменной ваты.
KNAUF – на основе каменной ваты.
URSA – на основе стекловаты.
PAROC – на основе базальта.
NOBASIL- на основе базальта.
Технониколь – на основе базальта.

Качество материалов этих фирм подтверждено соответствующими сертификатами. Эти фирмы производят весь возможный ассортимент теплоизолирующих изделий – рулоны, маты, плиты и цилиндры.

Производством утеплителей из шлака крупные компании не занимаются, так как в сырье возможны вредные примеси, а качество продукции оставляет желать лучшего – технология не модернизировалась со времен СССР.

Наибольшие нарекания на качество минераловатных утеплителей вызывал состав связующего, в частности наличие в составе формальдегида, вредного для здоровья человека и микроскопическая пыль, образующаяся при резке плит.

Однако технологии не стоят на месте, процесс производства усовершенствовался, и сейчас в качестве связующего применяют безопасный акрил (URSA) или натуральные компоненты по технологии ECOSE (KNAUF), что полностью исключает вредные воздействия. Волокно, служащее основой для утеплителя, в настоящее время обладает упругостью и практически не образует пыли при обработке.

Материалы данных компаний рекомендованы для применения в детских учреждениях.

Применение утеплителей

Каждый из видов теплоизоляторов должен использоваться в соответствии с рекомендацией производителя:

Рулон – в конструкциях, где они не несут нагрузку.
Мат – для утепления каркасных конструкций.
Мат – для утепления стен в системе «вентилируемый фасад».
Плит – для звукоизоляции.
Плита – для звукоизоляции пола.
Плита – для скатных кровель.
Плита – для нижнего слоя в утеплении плоских кровель.
Жесткая плита – для верхнего слоя в утеплении плоских кровель.
Жесткая плита – для утепления стен в штукатурной системе.
Цилиндр, мат – для изоляции труб и конструкций сложной формы.

Соответственно каждый производитель разрабатывает свои инструкции по монтажу утеплителей в зависимости от назначения и конструкции.

Заключение

Что такое теплопроводность стекловаты

04.06.2019 04 22.05.2019 by Nick Connor

Теплопроводность стекловаты аналогична теплопроводности каменной ваты. Типичные значения теплопроводности стекловаты составляют от 0,023 Вт/м∙К до 0,040 Вт/м∙К. Теплотехника

Теплопроводность стекловаты

Теплопроводность определяется как количество тепла (в ваттах), передаваемое через квадрат материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур. Чем ниже теплопроводность материала, тем больше способность материала сопротивляться передаче тепла и, следовательно, выше эффективность изоляции. Типичные значения теплопроводности для стекловаты находятся между 0,023 и 0,040 Вт/м∙K .

Теплоизоляция в основном основана на очень низкой теплопроводности газов. Газы обладают плохими свойствами теплопроводности по сравнению с жидкостями и твердыми телами и, таким образом, являются хорошим изоляционным материалом, если их можно уловить (например, в пенообразной структуре). Воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами. Но главная польза в отсутствии конвекции. Поэтому многие изоляционные материалы (например, стекловата ) функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов , которые предотвращают широкомасштабную конвекцию .

Чередование газового кармана и твердого материала приводит к тому, что тепло должно передаваться через множество поверхностей, что приводит к быстрому снижению коэффициента теплопередачи.

Ссылки:

Теплопередача:

Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
Тепломассообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник по основам Министерства энергетики США, том 2 из 3, май 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстоун, Сесонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
WSC Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Г.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерного реактора, стр. 1988.
Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Передовая физика реакторов:

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

См. также:

Изоляционные материалы

Мы надеемся, что эта статья Теплопроводность стекловаты поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта – помочь общественности узнать интересную и важную информацию о теплотехнике.

Категории Теплотехника
Copyright 2023 Теплотехника | Все права защищены | Атомная энергия | Реакторная физика |
Стекловата – теплоизоляция
Стекловата (первоначально известная также как стекловолокно) представляет собой изоляционный материал, изготовленный из волокон стекла , уложенных с помощью связующего в текстуру, подобную шерсти. Стекловата и каменная вата производятся из минеральных волокон и поэтому часто называются «минеральной ватой». Минеральная вата — это общее название волокнистых материалов, которые образуются путем прядения или вытягивания расплавленных минералов. Стекловата – продукт печи из расплавленного стекла при температуре около 1450 °С. Из расплавленного стекла прядут волокна. Этот процесс основан на вращении расплавленного стекла в высокоскоростных вращающихся головках, что-то вроде процесса, используемого для производства сахарной ваты. Связующее вещество вводится во время прядения стекловолокна. Затем стекловата производится в рулонах или плитах с различными термическими и механическими свойствами. Его также можно производить в виде материала, который можно распылять или наносить на изолируемую поверхность.
Применение стекловаты включает конструкционную изоляцию, изоляцию труб, фильтрацию и звукоизоляцию. Стекловата – универсальный материал, который можно использовать для утепления стен, крыш и полов. Это может быть сыпучий материал, задуваемый на чердаки, или совместно с активным вяжущим, распыляемый на нижнюю сторону конструкций. Во время укладки стекловаты она должна быть все время сухой, так как увеличение содержания влаги приводит к значительному увеличению теплопроводности.

Классификация изоляционных материалов
Для изоляционных материалов можно определить три общие категории. Эти категории основаны на химическом составе основного материала, из которого производится изоляционный материал.
Далее дается краткое описание этих типов изоляционных материалов.
Неорганические изоляционные материалы
Как видно из рисунка, неорганические материалы можно классифицировать соответственно:
Волокнистые материалы
Стекловата
Минеральная вата
Ячеистые материалы
Силикат кальция
Ячеистое стекло
Органические изоляционные материалы
Все органические изоляционные материалы, рассматриваемые в этом разделе, являются производными из нефтехимического или возобновляемого сырья (на биологической основе). Почти все нефтехимические изоляционные материалы представляют собой полимеры. Как видно из рисунка, все нефтехимические изоляционные материалы являются ячеистыми. Материал является ячеистым, когда структура материала состоит из пор или ячеек. С другой стороны, многие растения содержат волокна для прочности. Поэтому почти все изоляционные материалы на биологической основе являются волокнистыми (кроме вспененной пробки, которая является ячеистой).
Органические изоляционные материалы можно соответственно классифицировать:
Нефтехимические материалы (полученные из нефти/угля)
Пенополистирол (EPS)
Экструдированный полистирол (XPS)
Полиуретан (PUR)
90 039 Фенольная пена
Полиизоциануратная пена ( PIR)
Возобновляемые материалы (растительного/животного происхождения)
Целлюлоза
Пробка
Древесное волокно
Конопляное волокно
Льняная шерсть
Овечья шерсть
Хлопковая изоляция
Другие изоляционные материалы
Ячеистое стекло
Аэрогель
Вакуумная панель s
Теплопроводность стекловаты
Теплопроводность определяется как количество тепла (в ватт), передаваемой через квадрат материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур. Чем ниже теплопроводность материала, тем больше способность материала сопротивляться передаче тепла и, следовательно, выше эффективность изоляции. Типичные значения теплопроводности для стекловаты находятся между 0,023 и 0,040 Вт/м∙K .
Теплоизоляция в основном основана на очень низкой теплопроводности газов. Газы обладают плохими свойствами теплопроводности по сравнению с жидкостями и твердыми телами и, таким образом, являются хорошим изоляционным материалом, если их можно уловить (например, в пенообразной структуре). Воздух и другие газы обычно являются хорошими изоляторами. Но главная польза в отсутствии конвекции. Поэтому многие изоляционные материалы (например, стекловата ) функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов , которые предотвращают широкомасштабную конвекцию .
Чередование газового кармана и твердого материала приводит к тому, что тепло должно передаваться через множество поверхностей, что приводит к быстрому снижению коэффициента теплопередачи.
Пример – Изоляция из стекловаты
Основным источником потерь тепла из дома являются стены. Рассчитайте скорость теплового потока через стену площадью 3 м х 10 м (А = 30 м ²). Стена имеет толщину 15 см (L ₁ ) и выполнена из кирпича с теплопроводностью k ₁ = 1,0 Вт/м.К (плохой теплоизолятор). Предположим, что температура внутри и снаружи помещения составляет 22°C и -8°C, а коэффициенты конвективной теплопередачи на внутренней и внешней сторонах равны h ₁ = 10 Вт/м ² K и h ₂ = 30 Вт/м ² К соответственно. Эти коэффициенты конвекции сильно зависят от внешних и внутренних условий (ветер, влажность и т. д.).
Рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту неизолированную стену.
Теперь предположим теплоизоляцию на внешней стороне этой стены. Используйте стеклянную шерстяную изоляцию толщиной 10 см (L ₂ ) с теплопроводностью k ₂ = 0,023 Вт/м·К и рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту композитную стену.
Решение:
Как уже было сказано, многие процессы теплопередачи включают составные системы и даже включают комбинацию теплопроводности и конвекции. Часто удобно работать с общий коэффициент теплопередачи, известный как U-фактор с этими композитными системами. Коэффициент U определяется выражением, аналогичным закону охлаждения Ньютона :
Общий коэффициент теплопередачи связан с общим тепловым сопротивлением и зависит от геометрии задачи.
голая стена
Предполагая одномерный теплообмен через плоскую стенку и пренебрегая излучением, общий коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:
Тогда общий коэффициент теплопередачи равен:
U = 1 / (1/10 + 0,15/1 + 1/30) = 3,53 Вт/м ² K
Тогда тепловой поток можно рассчитать следующим образом:
q = 3,53 [Вт/м ² K] x 30 [K] = 105,9 Вт/м стена будет:
q _потери = q . A = 105,9 [Вт/м ² ] x 30 [м ² ] = 3177W
композитная стена с теплоизоляцией
Предполагая одномерную передачу тепла через плоскую композитную стену, отсутствие теплового контактного сопротивления и пренебрегая излучением, можно рассчитать общий коэффициент теплопередачи как:
Тогда общий коэффициент теплопередачи равен:
U = 1 / (1/10 + 0,15/1 + 0,1/0,023 + 1/30) = 0,216 Вт/м ² K 90 007
Тогда тепловой поток можно рассчитать следующим образом:
q = 0,216 [Вт/м ² К] x 30 [К] = 6,48 Вт/м ²
Общие потери тепла через эту стену будут:
q _убыток = q . A = 6,48 [Вт/м ² ] x 30 [м ² ] = 194 Вт
Как видно, добавление теплоизолятора приводит к значительному снижению тепловых потерь. Необходимо добавить, что добавление очередного слоя теплоизолятора не дает столь высокой экономии. Это лучше видно из метода термического сопротивления, который можно использовать для расчета теплопередачи через композитные стены . Скорость устойчивого теплообмена между двумя поверхностями равна разности температур, деленной на общее тепловое сопротивление между этими двумя поверхностями.

Ссылки:
Теплопередача:
Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
Тепломассообмен. Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
Министерство энергетики США, термодинамика, теплопередача и поток жидкости. Справочник по основам Министерства энергетики США, том 2 из 3, май 2016 г.
Ядерная и реакторная физика:
Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Addison-Wesley, Reading, MA (1983).
Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
WM Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
Гласстоун, Сесонске. Разработка ядерных реакторов: разработка реакторных систем, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
WSC Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Кларендон Пресс; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
Г.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Паб Эддисон-Уэсли. Ко; 1-е издание, 1965 г.
Роберт Рид Берн, Введение в работу ядерных реакторов, 1988 г.
Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. 19 января.93.
Пол Ройсс, Нейтронная физика. EDP Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.
Передовая физика реакторов:
К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статистику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.