Пенополиуретан теплопроводность

Почему важно знать коэффициент теплопроводности полиуретана и как это влияет на качество теплоизоляции?

Зачем знать коэффициент теплопроводности при выборе утеплителя, как он влияет на качество теплоизоляции и как рассчитать толщину слоя утепления. Читайте в статье.

ППУ для теплоизоляции в сравнении с другими утеплителями

Пенополиуретан (ППУ) — газонаполненная пластмасса, которая получается в результате смешивания полиола и полиизоцианата. После химической реакции вещество увеличивается в объеме от 5 до 25 раз в зависимости от формулы.

В строительстве ППУ применяют для теплоизоляции. Его теплопроводность позволяет защитить от холода кирпичные и деревянные дома, строения из газобетона и камня, блочные и бетонные конструкции. Материал не пропускает влагу и может защищать от воды. Имеет высокую адгезию, легко заполняет щели и пустоты, устойчив к растворам щелочей, кислот, осадкам. При длительной эксплуатации пенополиуретан не плесневеет. Он не восприимчив к грибкам, защищает от насекомых и грызунов. Служит дольше 30 лет.

Пенополиуретан не горит и не выделяет в атмосферу вредные вещества. Компания «Химтраст» предлагает материалы с разным классом горючести: от «Химтраст СКН-60 Г1» (трудногорючий) до «Химтраст СКН-30 Г3» (самозатухающий).

В строительстве для теплоизоляции используют базальтовое волокно, стекловату, полиуретан, пенопласт, пенополистирол. Коэффициент теплопроводности полиуретана один из самых низких среди утеплителей. Чем ниже коэффициент, тем тоньше нужен слой утеплителя. 

Средний коэффициент теплопроводности полиуретана — 0,028 Вт/(м·К). У открытоячеистого ППУ, который используют для тепло- и шумоизоляции закрытых помещений — 0,037 Вт/(м·К). У закрытоячеистого для наружных стен — 0,022 Вт/(м·К). Этот показатель говорит о том, насколько сильно материал сопротивляется проникновению холода извне и отдаче тепла наружу. Сравнение теплопроводности ППУ приведено в Приложении 3 СНиП 2-3-79.

Базальтовый утеплитель, стекловата и эковата

Базальтовым утеплителем (каменной ватой) часто укрывают здания. Он не горит и способен к самозатуханию. Теплопроводность материала — 0,04 Вт/(м·К), это тоже хороший показатель, но, в отличие от ППУ, слой базальтового утеплителя должен быть в два раза толще, чтобы защитить конструкцию. Такой же коэффициент у стекловаты и эковаты.

Экструдированный пенополистирол

Плитами из экструдированного пенополистирола защищают жилые дома от холодов. Теплопроводность материала — 0,032 Вт/(м·К), этого достаточно для утепления, однако нужно учитывать и другие свойства пенополистирола. Его класс горючести Г4, он легко воспламеняется и выделяет токсины.

Пенопласт

Пенопласт по плотности схож с пенополистиролом, только менее устойчив к механическому воздействию и держит тепло хуже. Коэффициент теплопроводности — 0,038 Вт/(м·К). Значит, его слой при утеплении должен быть на 30 % толще, чем ППУ.

За тепло в помещении отвечает не только теплопроводность ППУ при изоляции, но и другие материалы: кирпичная кладка, облицовочные панели, слой штукатурки, гидроизоляция. Все они имеют плотность и влияют на защиту здания от холода. 

Теплопроводность ППУ в сухом и влажном состоянии

При намокании любой материал впитывает влагу и расширяется. Разбухание приводит к частичной или полной потере теплоизоляционных свойств. Поэтому важно обращать внимание на водопоглощение по объему, которое измеряется в процентах. 

У закрытоячеистого ППУ типа «Химтраст СКН-40 Г2» этот показатель — 2 %, а у базальтовых утеплителей — 35 %. Это значит, что при попадании влаги большая часть теплоизоляционных свойств минеральной ваты, эковаты и стекловаты будет утрачена. С коэффициентом водопоглощения пенополиуретана сравнимы показатели пенополистирола и пенопласта: 1 % и 4 %. Однако при утеплении эти материалы нужно укладывать плитами и не допускать зазоров между ними, иначе тепло будет уходить сквозь щели. ППУ для теплоизоляции наносят на поверхность установками безвоздушного напыления единым слоем без швов и зазоров. Подробнее прочитать о напылении ППУ можно в этой статье.

Как рассчитать толщину слоя ППУ для теплоизоляции

Толщина слоя утеплителя зависит от коэффициента теплопроводности полиуретана. Но также на нее влияют климатическая зона, влажность внутри помещения, температура, влагопоглощение и свойства материала.

Расчет теплоизоляционного слоя регламентируется нормативными документами: СНиП 23-02-2002, СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий», ГОСТ Р 54851-2011. 

Один из основных показателей для расчета толщины — суммарное сопротивление теплопередаче конструкций или термическое сопротивление. Оно обозначает необходимую разницу температур снаружи и внутри материала для прохождения энергии. Измеряется в (м²·K)/Вт. Чем выше величина показателя, тем надежнее утеплитель.

Чтобы рассчитать сопротивление, нужно толщину материала в метрах разделить на коэффициент теплопроводности пенополиуретана.  

dппу = (Rтреб - Rконстр) • ʎппу = (Rтреб - dконстр / ʎконстр) • ʎппу,

где dппу — требуемый слой ППУ в метрах,

Rтреб — требуемое сопротивление теплопередаче в (м²·K)/Вт,

Rконстр — сопротивление теплопередаче существующей ограждающей конструкции в (м²·K)/Вт,

ʎппу — коэффициент теплопроводности ППУ в Вт/(м•K),

ʎконстр — коэффициент теплопроводности существующей ограждающей конструкции в Вт/(м•K).

Подробнее о том, как найти оптимальную толщину слоя утеплителя, читайте в статье.

Для утепления помещения необходимо учитывать коэффициент теплопроводности материала. В зависимости от его физико-химических свойств определяется способность удерживать тепло. Чем ниже коэффициент теплопроводности, тем лучше защищает от холода. Также важно учитывать другие особенности теплоизоляторов: способность отталкивать влагу, горючесть, экологичность и срок эксплуатации.

Характеристики и свойства пенополиуретана - теплопроводность, толщина слоя ППУ, срок службы

Благодаря своим отменным техническим характеристикам и длительному сроку службы ППУ считается эталоном среди утеплителей и широко используется для обработки самых разных поверхностей – от стен и кровли домов до трубопроводов и промышленных емкостей. Рассмотрим основные преимущества пенополиуретана.

Теплопроводность и гигроскопичность

Пенополиуретан, по сравнению с такими популярными утеплителями, как минеральная вата и пенопласт, обладает самым низким коэффициентом теплопроводности — 0,025 Вт/м*К. У ближайшего «конкурента» - минеральной ваты — этот коэффициент выше - 0,052 Вт/м*К. При этом ППУ обладает закрытой пористостью, а следовательно, в массу утеплителя не проникает вода, не теряются рабочие свойства материала.

Легкость в нанесении ППУ

Пенополиуретан не нуждается в крепежных элементах за счет того, что ППУ имеет высокую адгезионную прочность, т. е. «прилипает» к любой поверхности, заполняя собой поры, полости и трещины. В таком случае возможность скопления конденсата и образования «мостиков холода» исключена. Фактические тепловые потери ППУ в 1.7 раза ниже нормативных (СниП 2.04.14-88 Энергосбережение, №1,1999 г.).

Утеплители из ППУ могут быть изготовлены разными способами — как напылением, так и с использованием пресс-форм (например, изготовление «скорлупок» для утепления трубопроводов, сэндвич-панелей и т.д.).

Толщина пенополиуретанового покрытия — обычно от 3 до 7 см. За одну смену одна бригада рабочих в состоянии нанести от 200 до 400 кв.м. ППУ. Бригада, работающая с минеральной ватой, уложит максимум 100 кв.м.

Также в пользу ППУ говорит то, что составляющие материала хранятся отдельно друг от друга, а смешиваются они непосредственно перед началом работ. Из 5 кубометров смеси получается 100 кубометров ППУ, а следовательно, снижаются расходы на хранение и транспорт.

Срок службы

Одно из самых главных свойств ППУ — долговечность. Данные лабораторных исследований на ускоренное старение показывают, что время службы пенополиуретана — не менее 30 лет. В том случае, если ППУ напрямую не контактирует с окружающей средой, этот срок увеличивается вдвое, до 60 лет. Например, завод-холодильник в Лондоне, построенный с использованием ППУ в 1968 г., успешно функционирует до сих пор. Жизненная практика показывает, что во всех случаях неудовлетворительного «поведения» пенополиуретана виновато либо низкое качество изделия, либо нарушение условий эксплуатации, например, температура выше 100 градусов по Цельсию, или постоянный контакт с жидкостью или газом под высоким давлением.

Безопасность

В отношении безопасности использования ППУ также «на высоте» - пенополиуретан в процессе эксплуатации не выделяет токсичных веществ, а также практически не горюч.

Теплопроводность пенополиуретана

Теплопроводность определяется как количество тепла (в ваттах), передаваемое через квадратный участок материала заданной толщины (в метрах) из-за разницы температур. Чем ниже теплопроводность материала, тем больше способность материала сопротивляться теплопередаче и, следовательно, выше эффективность изоляции. Типичные значения теплопроводности для пенополиуретанов находятся между 0,022 и 0,035 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. Таким образом, многие изоляционные материалы (например, пенополиуретан ) функционируют просто благодаря большому количеству газонаполненные карманы , которые предотвращают крупномасштабную 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:

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

Ядерная и реакторная физика:

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

Advanced Reactor Physics: