2010-12-05

1

Materiały Termoizolacyjne

Transport ciepła

Ciepło

– jest to forma energii, a jej istota polega na

drganiu cz

ą

steczek materii (całkowita energia

kinetyczna cz

ą

stek danego ciała)

Rodzaje transportu energii cieplnej

przez przewodzenie

– przekazywanie energii

nagrzanych cz

ą

stek s

ą

siaduj

ą

cym cz

ą

steczkom

przez konwekcj

ę

– swobodny ruch cz

ą

steczek

spowodowany ró

ż

nic

ą

energii

przez promieniowanie

– na powierzchni ciała

ogrzanego powstaj

ą

fale elektromagnetyczne

2010-12-05

2

Straty ciepła

Funkcja materiału izolacyjnego

Bez izolacji termicznej

Z warstw

ą

izolacji termicznej

2010-12-05

3

Funkcja materiału izolacyjnego

Energooszczedno

ść

Budynek i jego instalacje grzewcze, chłodzące i
wentylacyjne należy projektować i wykonywać w taki
sposób, aby utrzymać na niskim poziomie ilość energii
wymaganą

do

użytkowania,

z

uwzględnieniem

warunków

klimatycznych

lokalizacji

i

potrzeb

użytkowników.

Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EEC

2010-12-05

4

przegroda

Te

Ti

Qi

Qe

ciepło

hałas

zimno

cisza

transport energii

Przegroda

utrudnia transport energii, odgradza

ośrodki o różnej energii (różnica gradientów)

Współczynnik przewodzenia ciepła

λλλλ

[W/mK]

λλλλ

(lambda) to strumień energii,

jaki przepływa przez warstwę
materiału o powierzchni 1m

2

i

grubości 1m, w jednostce czasu,
przy

różnicy

temperatur

po

obydwu

stronach

warstwy

równej 1

o

K .

2010-12-05

5

METODY POMIARU:
1) stacjonarne

(metoda ustalonego strumienia ciepła)

2) niestacjonarne

(metoda nieustalonego strumienia

ciepła)

płyta ciepła

badana próbka
wym. 30x30x5 cm

ciepłomierz

płyta zimna

Schemat konstrukcji aparatu

płytowego wyposa

ż

onego w czujnik

g

ę

sto

ś

ci strumienia cieplnego

T

d

Q

f

∆

λ

=

gdzie:

λ

- wsp. przewodzenia ciepła, W/mK

f - stała kalibracji, W/m

2

mV

Q - warto

ść

ś

r. wskaza

ń

ciepłomierza, mV

d -

ś

rednia grubo

ść

próbki, m

∆

T -

ś

rednia warto

ść

ró

ż

nic temp, K

Oznaczenie współczynnika

λλλλ

materiał lity (granit, bazalt)

λ

= 2,9 – 3,5 W/m·K

powietrze (

φ

<2 mm)

λ

= 0,028

W/m·K

(2<

φ

<5 mm)

λ

= 0,036

W/m·K

(

φ

>5 mm)

λ

= 0,046

W/m·K

woda

λ

= 0,63

W/m·K

mied

ź

(struktura krystaliczna)

λ

= 370

W/m·K

materiał termoizolacyjny

λ

<

0,07 W/m·K

Współczynnik przewodzenia ciepła

λλλλ

[W/mK]

2010-12-05

6

V

p

V

s

λλλλ

min

= f ( v

s

,

λλλλ

s

, v

p

,

λλλλ

p

,

φφφφ

p

....)

1) V

s

– min

2) szkielet powinien by

ć

zbudowany z materiałów,
dla których

λ

jest niskie i

struktura bezpostaciowa

3) V

p

– max

4) λ

p

– min,

φ

p

min

Metody nadawania porowato

ś

ci materiałom izolacji

termicznej

zwi

ę

kszenie naturalnej porowato

ś

ci (np. korek

ekspandowany)

lu

ź

ne zasypywanie materiałami ziarnistymi i

włóknistymi

odparowywanie nadmiaru wody

wypalanie wprowadzonych do masy substancji np.
organicznych (pustaki Porotherm - ceramika
poryzowana)

dodawanie

ś

rodków gazotwórczych

metoda dodawania do tworzywa gazu pod ci

ś

nieniem,

a nast

ę

pnie odj

ę

cie ci

ś

nienia (rozpr

ęż

enie)

sp

ę

cznienie glin ceramicznych

2010-12-05

7

Podział materiałów termoizolacyjnych ze wzgledu na warto

ść λ

Wysokoefektywne

λ

< 0,07 W/m·K

Ś

rednioefektywne

λ

= 0,07 - 0,10 W/m·K

Niskoefektywne

λ

= 0,10 - 0,25 W/m·K

λ

−−−−

warto

ść

współczynnika przewodno

ś

ci cieplnej [W/mK]

d

−−−−

grubo

ść

warstwy [m]

















⋅

≡

















⋅

=

W

K

m

K

m

W

m

d

R

2

λ

Opór cieplny

2010-12-05

8

















⋅

=

W

K

m

d

R

2

λ

Warstwy różnych materiałów - jednakowy opór cieplny

R=0.25 [m

2

K/W]

mur kamienny

beton

drewno cegła

styropian

1 cm

=

1cm = 0,01m

λ

= 0,04 W/m·K

Opór cieplny













⋅

+

+

+

=

=

∑

K

m

W

R

R

R

1

R

1

U

2

i

2

1

i

K













⋅

=

K

m

W

R

1

U

2

dla

ś

ciany warstwowej

Współczynnik przenikania ciepła

2010-12-05

9

d

1

d

2

λ

1

λ

2

Opory cieplne

+20 C

- 20 C

0°C

+10°C

+20°C

-10°C

R = R

1

+ R

2

R

se

+

+

R

si

R

s

opór przejmowania ciepła

R

se

= 0,04 [m²K/W ]

R

si

= 0,13 [m²K/W ]

R

se

R

si

Opory przejmowania ciepła

2010-12-05

10

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

1. Sumujemy opory poszczególnych warstw

R= R

se

+ R

1

+ …+R

n

+R

se

2. Obliczamy

U = 1/R [W/m²K]

3. Sprawdzamy warunek normowy

U < U max

= 0.30 [W/m

2

K]

d

1

d

2

λ

1

λ

2

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

+20 C

- 20 C

R

se

R

si

Oblicz współczynnik przenikania ciepła U:

• mat. termoizolacyjny d

1

=0,12 [m],

λ

1

=

0,04 [W/mK]

• cegła zwykła

d

2

=0,38[m],

λ

2

=0,77 [W/mK]

• uwzgl

ę

dniaj

ą

c opory przejmowania ciepła

R

se

= 0,04 [m²K/W]

R

si

= 0,13 [m²K/W]

2010-12-05

11

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła

1. Obliczamy R

(opór cieplny):

R

se

termoizolacja

cegła R

si

R= 0,04 + 0,12 / 0,04 + 0,38 / 0,77 + 0,13 [m

²

K/W ]

R= 0,04 +

3,0

+ 0,49 + 0,13 [m²K/W ]

R = 3,66 [m²K/W]

2. Obliczamy U

(współczynnik przenikania ciepła):

U= 1/R = 0,27 [W/m²K]

3. Sprawdzamy warunek normowy

U= 0,27 < 0,30 [W/m²K]

Projektowanie

ś

ciany warstwowej

1. R

se

= 0,04 [m²K/W]

2. cegła klinkierowa d

1

= 0,120[m]

λ

1

=0,80 [W/mK]

3. mat termoizolacyjny d

2

= x [m],

λ

2

=

x [W/mK]

4. pustak MAX d

3

=0,268[m],

λ

3

=0,21 [W/mK]

5. R

si

= 0,13 [m²K/W]

Styropian EPS 0.040 [W/mK]
Wełna mineralna 0.038 [W/mK]
Styropian XPS 0.028 [W/mK]

R

se

R

si

120 5 268

[mm]

X

1. 2.

3.

4. 5.

2010-12-05

12

Projektowanie

ś

ciany warstwowej

Rse

klinkier

mat.termoizol

MAX Rsi

R=0.04 + 0.12 / 0.8 +

R

x

+ 0.268 / 0.21 + 0.13 [m²K/W ]

R=0.04 + 0.15 +

R

x

+ 1.276 + 0.13 [m²K/W ]

U= 1/R < 0,3 [W/m²K]

1 /(1.596 +

R

x

)< 0.30 / *(1.596 +

R

x

)

1 < 0.3 (1.596 +

R

x

)

1 < 0.4788 +0.3

R

x

0.5212< 0.3

R

x

/0.3

R

x

>1.74 [m²K/W]

d obliczymy z

R

x

= d /

λ

Styropian EPS 0.040 [W/mK]

Wełna mineralna 0.038 [W/mK]

Styropian XPS 0.028 [W/mK]

Projektowanie

ś

ciany warstwowej

R

x

>1.74 [m²K/W]

d obliczymy z

R

x

= d /

λ

,

d=0.0695 m,

Styropianu EPS

λ

= 0.040 [W/mK]

d=0.066 m,

We

ł

ny mineralnej

λ

= 0.038 [W/mK]

d=0.049m,

Styropianu XPS

λ

= 0.028 [W/mK]

2010-12-05

13

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 11 12

grubo

ść

warstwy [cm]

o

p

ó

r

c

ie

p

ln

y

w

a

rs

tw

y

[

m

2

K

/W

]

Projektowanie

ś

ciany warstwowej

1.74

7

5

R

d

Przykłady

ś

cian warstwowych

+20 C

+20 C

+20 C

-20 C

-20 C

- 20 C

A

B

C

2010-12-05

14

Współczynnik przenikania ciepła

wg. PN-EN ISO 6946

U < 0.30 [W/m

2

K]

ściany wielowarstwowe

1. dach
2. poddasze
3. stropodach
4.

ś

ciany zewn

ę

trzne

5.

ś

ciany wewn

ę

trzne

6. fundamenty i
posadzki
7. instalacje i urz

ą

dzenia

8. kominki

Aplikacje

2010-12-05

15

Podział ze wzgledu na pochodzenie

Materiały termoizolacyjne

1. Pochodzenia

organicznego

2. Pochodzenia

nieorganicznego

mineralnego

3. Z tworzyw sztucznych

Słoma

Trzcina
Pa

ź

dzierz

Drewno i jego pochodne
Korek
Wełna owcza

Wełna mineralna
Wełna szklana
Szkło piankowe
Keramzyt
Perlit

Styropian
Spienione PCV
Pianka poliuretanowa

Iz
ab
el
a
H
A
G
E
R,
IM
iK
B

Cechy „dobrego’’ materiału termoizolacyjnego

W spółczynnik

λ

Porowato

ść

G

ę

sto

ść

pozorna

Nasi

ą

kliwo

ść

Trwało

ść

Odporno

ść

ogniowa

styropian 15, 20, 30 kg/m

3

98%, zamkni

ę

ta

bliska 0%

0,04 W/mK