2010-12-03

1

Materia

Materiały

ły Termoizolacyjne

Termoizolacyjne

Transport ciepła

•

przewodzenie

•

konwekcja (unoszenie)

•

promieniowanie

2010-12-03

2

Jednowymiarowe przenikanie ciepła

Prawo Fouriera:

q – strumie

ń

ciepła [W/m

2

]

dT - ró

ż

nica temperatur [°C]

dx

−−−−

grubo

ść

warstwy [m],

λ

-

współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK]









⋅

−

=

⋅

−

=

2

m

W

dx

dT

q

gradT

q

λ

λ

Współczynnik przewodzenia ciepła

λ

- lambda [W/mK]

Ilo

ść

ciepła, jaka przepływa przez

jednostkow

ą

powierzchni

ę

warstwy materiału 1m² o grubo

ś

ci

1m, w jednostce czasu, przy
ró

ż

nicy temperatur po obydwu

stronach warstwy równej 1°K .

2010-12-03

3

materiał lity (granit, bazalt)

λ = 2,9 – 3,5 W/m·K

powietrze (Ø<2 mm)

λ = 0,028

W/m·K

(2<Ø<5 mm)

λ = 0,036

W/m·K

(Ø>5 mm)

λ = 0,046

W/m·K

woda

λ = 0,63

W/m·K

miedź

(struktura krystaliczna)

λ = 370

W/m·K

materiał termoizolacyjny λ <

0,07 W/m·K

Współczynnik przewodzenia ciepła

λ

[W/mK]

V

p

V

s

λλλλ

min

= f ( v

s

,

λλλλ

s

, v

p

,

λλλλ

p

,

φφφφ

p

....)

1) V

s

– min

2) szkielet powinien być

zbudowany z materiałów, dla
których l jest niskie i struktura
bezpostaciowa

3) V

p

– max

4) l

p

– min, f

p

min

2010-12-03

4

Podział materiałów termoizolacyjnych ze wzgledu na

wartość λ

•

Wysokoefektywne

λ <

0,07 W/m·K

•

Średnioefektywne

λ =

0,07 - 0,10 W/m·K

•

Niskoefektywne

λ =

0,10 - 0,25 W/m·K

Izabela HAGER, IMiKB

Podział ze wzgledu na pochodzenie

Materiały termoizolacyjne

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

Izabela HAGER, IMiKB

2010-12-03

5

Materiały termoizolacyjne

pochodzenia organicznego

Izabela HAGER, IMiKB

Włókna pochodzenia roślinnego

Słoma

λ

λ

=

= 0,0

0,06

6 -- 0,

0,10

10 W/

W/m·K

m·K

Trzcina

Maty i płyty, sieczka słomiana

λ

λ

=

= 0,0

0,07

7 -- 0,0

0,08

8 W/

W/m·K

m·K

Włókna z lnu i konopi

λ

λ=

= 0,0

0,06

6 -- 0,0

0,085

85 W/

W/m·K

m·K

Włókno kokosowe

λ

λ=

= 0,043

0,043--0,045 W/

0,045 W/m·K

m·K

2010-12-03

6

Pochodne drewna

Płyty pilśniowe

λ

λ

=

= 0,0

0,065

65 W/

W/m·K

m·K

Płyty wiórowe

λ

λ

=

= 0,0

0,05

5 -- 0,0

0,09

9 W/

W/m·K

m·K

Płyty wiórowo – cementowe suprema

λ

λ

=

= 0,0

0,08

8 -- 0,0

0,09

9 W/

W/m·K

m·K

Granulat celulozowy

λ

λ

=

= 0,0

0,037

37 W/

W/m·K

m·K

Inne materiały termoizowlacyjne

pochodzenia organicznego

Korek λ

λ=

=

0,037

0,037-- 0,05

0,05 W/

W/m·K

m·K

wełna owcza

2010-12-03

7

Materiały termoizolacyjne pochodzenia

mineralnego

Wełna mineralna

Wełna mineralna

kamienna

bazalt

temp. topnienia 1400°C

szklana

piasek kwarcowy

temp. topnienia 1000°C

2010-12-03

8

Wełna mineralna

•

kamienna

szklana

λ

λ= 0,036

= 0,036 –

– 0,04

0,04 W/mK

W/mK

Właściwości wełny mineralnej

Termoizolacyjność

λ= 0,036 W/mK

Dźwiękochłonność

Niepalność

Nasiąkliwość

Wodoodporno

ść

po

hydrofobizacji !!!

Odporność
mechaniczna

Łatwość
montażu

Stabilność
wymiarów

2010-12-03

9

Wyroby z wełny mineralnej

•

Płyty

•

Maty

•

Filce

•

Otuliny

•

Granulaty

Izabela HAGER, IMiKB

Szkło piankowe

λ

λ= 0,038

= 0,038 –

– 0,0

0,049

49 W/

W/mK

mK

Zakres temp.: -260°C do +430°C
gęstość objętościowa ok. 140 kg/m

3

nasiąkliwość do 5 %
materiał niepalny, odporny chemicznie, paro- i wodoszczelny

Zastosowania:

Łupiny, otuliny do wszystkich urządzeń technicznych :

rurociągi, zbiorniki, kominy, kanały

wentylacyjne i klimatyzacyjne, izolacja fundamentów, ścian, stropów i stropodachów.

Szkło piankowe białe (pory otwarte)

gęstość objętościowa ok. 300 kg/m3
nasiąkliwość > 5 %
fc ok. 1 MPa

Zastosowania:
Głównie do izolacji stropodachów wentylowanych i stropów poddaszy.

Szkło piankowe czarne (pory zamknięte)

2010-12-03

10

Perlit

λ

λ = 0,045

= 0,045 -- 0,050 W/

0,050 W/mK

mK

Perlit to szkliwo wulkaniczne, które na skutek prażenia w temperaturze ok. 1200°C
zwiększa swoją objętość 20-krotnie.

ciężar nasypowy 50 - 200 kg/m3

temp. topnienia: 900÷1300

o

C,

nasiąkliwość masowa: 80÷300%

Ściśliwość przy 100kPa: 20÷28%;
Wytrz. na ścisk./ubicie 10%/: 0,14÷0,40 MPa;

tynki oraz zaprawy ciepłochronne , perlitobeton , materiał zasypowy : ocieplanie
posadzek, podłóg, stropów, wypełnianie ścian, sufitów, dachów itp.

Spęczniały wermikulit

λ

λ=

= 0,039 - 0,047 W/mK

Ciężar nasypowy 80 – 130 kg/m

3

Zakres stosowania do: 1200

o

C

duża nasiąkliwość, ognioodporność

Zastosowania:
izolacja poddaszy, stropów i strychów
dodatek do tynków, posadzek, betonów
dodatek do natryskowych mas tynkarskich
ogniotrwały środek okrywający konstrukcje stalowe

zdolności zatrzymywania i stopniowego oddawania wody wraz z
niezbędnymi dla rozwoju rośliny minerałami

2010-12-03

11

Keramzyt

– kruszywo lekkie, otrzymywane przez

wypalanie łatwopęczniejących glin i iłów w piecach
obrotowych (1200°C)
λ

λ= 0,38

= 0,38--0,87 W/

0,87 W/mK

mK

gęstość objętościowa 310-570 kg/m

3

n= ok. 20 %

izolacje podłóg na gruncie
izolacje stropów i stropodachów
zaprawy ciepłochronne
kruszywo budowlane /betony lekkie/

Keramzyt

Aerożel krzemionkowy

λ

λ

= 0.017

= 0.017 W/

W/mK

mK

Porowato

ść

99.5%

99.5%

G

ę

sto

ść

obj

ę

to

ś

ciowa

3

3 kg

kg/m3

/m3

Temperatura topienia

1200

1200°

°C

C

Uzyskiwany przez ekstrakcję wody z żelu krzemionkowego, a
następnie zastąpienie jej dwutlenkiem węgla.

- właściwości termoizolacyjne

- zdolność do pochłaniania zanieczyszczeń

2010-12-03

12

Materiały termoizolacyjne z tworzyw

sztucznych

Materiały termoizolacyjne z tworzyw

sztucznych

Podstawowe polimery :
- Polistyren,
- Poliuretan,
- Polietylen,

- Polichlorek winylu,
- Żywice mocznikowo formaldehydowe.

2010-12-03

13

Materiały termoizolacyjne z

polistyrenu

Polistyren ekspandowany

EPS

Sposób otrzymywania

ekspandowanie

•

Biały

••

λ

λ=

= 0,032

0,032 -- 0,0

0,04

42

2 W/

W/m·K

m·K

Polistyren ekstrudowany

XPS

Sposób otrzymywania

ekstrudowanie

•

Barwny

••

λ

λ=

= 0,027

0,027 -- 0,036

0,036 W/

W/m·K

m·K

EPS

Expanded PolyStyrene

Proces produkcji:

1.

Wstępne spienianie granulek polistyrenu (para wodna)

2.

Sezonowanie

3.

Spienianie i formowanie bloków w formach stalowych

4.

Rozformowanie, sezonowanie, oraz cięcie na płyty

Polistyren ekspandowany EPS

2010-12-03

14

Styropian ekstrudowany XPS

XPS eXtruded PolyStyrene

Proces produkcji:

1.

Mieszanie składników w wytłaczarce

2.

Uplastycznienie polistyrenu

(temperatura lub

rozpuszczalnik)

3.

Dodanie substancji spieniającej +ciśnienie

4.

Wytłaczanie wyrobów w formach,

5.

Rozformowanie i sezonowanie.

Porównanie EPS i XPS

Polistyren ekspandowany

EPS

Polistyren ekstrudowany

XPS

Współczynnik

Współczynnik
przewodzenia ciepła

przewodzenia ciepła

0,032

0,032 -- 0,0

0,04

42

2 W/

W/m·K

m·K

0,027

0,027 -- 0,036

0,036 W/

W/m·K

m·K

Gęstość objętościowa

10 - 40 kg/m

3

25 - 45 kg/m

3

Nasiąkliwość

0,3 - 1,8%

0,1 – 0,25%

Wytrzymałość na
rozciąganie

100 – 350 kPa

200 – 900 kPa

Naprężenia przy 10%
odkształceniu

60 - 330 kPa

150 – 700 kPa

2010-12-03

15

Wyroby ze spienionego polistyrenu

EPS, XPS

WYMIARY:

dł. 1000 , 1250 mm

szerokość 500 i 600 mm

gr. 10 do 300 mm (500 mm)

- na styk

- na zakład

- na pióro i wpust

KSZTAŁTOWANIE KRAWĘDZI PŁYT:

Wyroby ze spienionego polistyrenu

EPS, XPS

- gładkie
- rowkowane

(izolacyjno - drenujące)

- frezowane

(elewacja wentylowana)

- z karbami do zaczepiania na łatach

KSZTAŁTOWANIE POWIERZCHNI:

2010-12-03

16

Wyroby ze spienionego polistyrenu

ŁĄCZENIE Z INNYMI MATERIAŁAMI:

- laminowanie papą asfaltową

- z okładziną z płyty wiórowej

- z okładziną z płyty gipsowo - kartonowej

Materiały termoizolacyjne

polistyrenowe

Odporne na:
roztwory soli, słabe kwasy, ługi

Brak odporności dla:
olej parafinowy, wazelina, olej do silników,
bitumiczne masy z rozpuszczalnikiem,
rozpuszczalniki organiczne, benzyna.

Wady:
Starzenie się (promieniowanie UV)
Palność (gazy toksycznych)

2010-12-03

17

Materiały termoizolacyjne z tworzyw

sztucznych

Podstawowe polimery :
- Polistyren,
- Poliuretan,
- Polietylen,

- Polichlorek winylu,
- Żywice mocznikowo formaldehydowe.

Pianki i płyty ze spienionego

poliuretanu

Pianka poliuretanowa (pory zamknięte)

λ

λ=

= 0,0

0,030

30 -- 0,0

0,040

40 W/

W/mK

mK

Płyty

Płyty

Pianki natryskowe

Pianki natryskowe

Otuliny

Otuliny

2010-12-03

18

Podział ze wzgledu na pochodzenie

Materiały termoizolacyjne

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

Izabela HAGER, IMiKB

Wyznaczanie

Wyznaczanie współczynnika

współczynnika

Współczynnik

Współczynnika

a przenikania

przenikania ciepła

ciepła U

U

2010-12-03

19

Opór cieplny

Izabela HAGER, IMiKB

λ

−−−−

warto

ść

współczynnika przewodno

ś

ci cieplnej w [W/mK]

d

−−−−

grubo

ść

warstwy w [m]













⋅

≡

















⋅

=

W

K

m

K

m

W

m

d

R

2

λ

Opór cieplny













⋅

=

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

2010-12-03

20

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

Współczynnik przenikania ciepła U [W/m

²

K]

Dla

ś

ciany warstwowej

Współczynnik przenikania ciepła













⋅

+

+

+

=

=

∑

K

m

W

R

R

R

R

U

i

i

2

2

1

1

1

K













⋅

=

K

m

W

R

U

2

1

2010-12-03

21

Energooszczedność

Budynek i jego instalacje grzewcze, chłodz

ą

ce i

wentylacyjne nale

ż

y projektowa

ć

i wykonywa

ć

w taki

sposób, aby utrzyma

ć

na niskim poziomie ilo

ść

energii

wymagan

ą

do

uzytkowania,

z

uwzgl

ę

dnieniem warunków klimatycznych lokalizacji i

potrzeb u

ż

ytkowników.

Dyrektywa Rady Wspólnot Europejskich 89/106/EEC

•

Warto

ść

granicznego

jednostkowego

obliczeniowego

sezonowego zu

ż

cia ciepła Eo [kW· h/m

3

· r.]

•

Maksymalna warto

ść

współczynników przenikania

ciepła przegród budowlanych U(max)

Współczynnik przenikania ciepła

Wymagania dotyczące U max dla ścian zewnętrznych o budowie
warstwowej

(wg. PN-EN ISO 6946)

U <

U < U max

U max

= 0.30 [W/m

= 0.30 [W/m

2

2

K]

K]

2010-12-03

22

Opory przejmowania ciepła

2010-12-03

23

Wyznaczanie współczynnika

przenikania ciepła

Izabela HAGER, IMiKB

Obliczanie współczynnika przenikania ciepła U
dla

ś

ciany warstwowej:

1. Sumujemy opory poszczególnych warstw R= R

1

+ R

2

+

…

+R

n

2. Obliczamy U = 1/R [W/m²K]

3. Sprawdzamy warunek normowy

Wyznaczanie współczynnika

przenikania ciepła

1. Sumujemy opory poszczególnych warstw

R=

R= R

R

si

si

+

+ R

R

1

1

+ …+R

+ …+R

n

n

+R

+R

se

se

2. Obliczamy

U = 1/R [W/m

U = 1/R [W/m²

²K]

K]

3. Sprawdzamy warunek normowy

U <

U < U

U max

max

= 0.30 [W/m

= 0.30 [W/m

2

2

K]

K]

2010-12-03

24

d

1

d

2

λ

1

λ

2

PRZYKŁAD 1

+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]

PRZYKŁAD 1

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

3,0

+ 0,49 + 0,13 [m²K/W]

R = 3,66 [m

R = 3,66 [m²²K/W]

K/W]

2. Obliczamy U

(współczynnik przenikania ciepła):

U= 1/R = 0,27 [W/m

U= 1/R = 0,27 [W/m²²K]

K]

3. Sprawdzamy warunek normowy

U=

U= 0,27 < 0,30 [W/m

0,27 < 0,30 [W/m²²K]

K]

2010-12-03

25

PRZYKŁAD 2. Projektowanie ściany

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

3. mat termoizolacyjny d

d

2

2

=

= x

x [m]

[m],

,

λ

λ

2

2

=

=

x

x [W/mK]

[W/mK]

4. pustak ceramiczny d

3

=0,268[m],

λ

3

=0,21 [W/mK]

5. R

si

= 0,13 [m²K/W]

Styropian EPS 0.040

Styropian EPS 0.040 [W/mK]

[W/mK]

We

Wełłna mineralna 0.038

na mineralna 0.038 [W/mK]

[W/mK]

Styropian XPS 0.028

Styropian XPS 0.028 [W/mK]

[W/mK]

R

se

R

si

120 5 268

[mm]

X

1. 2.

3.

4. 5.

PRZYKŁAD 2. Projektowanie ściany

warstwowej

Rse

klinkier

mat.termoizol

ceramika Rsi

R=0.04 + 0.12 / 0.8 +

R

R

x

x

+ 0.268 / 0.21 + 0.13 [m²K/W]

R=0.04 + 0.15 +

R

R

x

x

+ 1.276 + 0.13 [m²K/W]

U= 1/R

U= 1/R <

< 0,

0,3

3 [W/m

[W/m²²K]

K]

1 /(1.596 +

R

R

x

x

)< 0.30 / *(1.596 +

R

R

x

x

)

1 < 0.3 (1.596 +

R

R

x

x

)

1 < 0.4788 +0.3

R

R

x

x

0.5212< 0.3

R

R

x

x

/0.3

R

R

x

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]

2010-12-03

26

PRZYKŁAD 2 Projektowanie ściany

warstwowej

R

R

x

x

>1.74 [m²K/W]

d obliczymy z

R

R

x

x

= d /

λ

,

d=0.0695 m,

Styropianu EPS

Styropianu EPS

λ

λ

= 0.040

= 0.040 [W/mK]

[W/mK]

d=0.066 m,

We

We

ł

ny mineralnej

ny mineralnej

λ

λ

= 0.038

= 0.038 [W/mK]

[W/mK]

d=0.049m,

Styropianu XPS

Styropianu XPS

λ

λ

= 0.028

= 0.028 [W/mK]

[W/mK]

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

]

PRZYKŁAD 2 Projektowanie ściany

warstwowej

1.74

7

5

R

d