УДК 519.6:502(075)

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ И ДОЛГОВЕЧНОСТЬ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА «ПЕНОИЗОЛ»

,

Рассматривается схема утепления наружных стен зданий плитным пеноизолом. Представлен алгоритм расчета толщины теплоизоляционного слоя при реконструкции зданий. Проанализированы результаты испытаний пеноизола на долговечность.

пеноизол, теплопроводность, долговечность, морозостойкость, дюбель, плотность, прочность, водопоглощение, сорбционное, увлажнение, усадка, термоодеструкция

Энергоэффективность жилого здания определяется совокупностью многих факторов, среди которых уровень теплозащиты наружных ограждающих конструкций является одним из определяющих. Жилищный фонд Калининграда состоит в основном из зданий, наружные ограждающие конструкции которых далеки от современных требований по энергосбережению.

При современном состоянии наружных ограждающих конструкций зданий поддержание требуемого температурно-влажностного режима становится дорогостоящей задачей. Повсеместное применение наружной теплоизоляции стен помогает в решении данной проблемы. Однако стоимость работ по утеплению является достаточно высокой, в том числе и из-за стоимости теплоизоляционного материала, большая часть которого – зарубежного производства.

В России специалистами МЕТТЭМ» в 1993 г. был создан недорогой эффективный утеплитель, получивший торговое название «Пеноизол» [1-3]. Пеноизол прошел все необходимые испытания в аккредитованных Госстандартом, Госстроем, Пожнадзором России испытательных лабораториях и рекомендован к применению как теплоизоляционный материал в любых видах зданий и сооружений. Коэффициент теплопроводности материала составляет 0,03-0,04Вт/(м·К) при объемной плотности 10-25кг/м3, предел прочности при сжатии при 10% линейной деформации 0,07-0,5кг/см2, сорбционное увлажнение по массе 15-18%, водопоглощение по объему 10-12%, паропроницаемость 0,21-0,24г/(м·ч·Па). В 2004 г. был создан новый карбамидный пенопласт «МЕТТЭМПЛАСТ» с улучшенными экологическими, теплофизическими и механическими свойствами, который в скором будущем заменит пеноизол.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Схема участка стены с наружной теплоизоляцией представлена на рисунке. Крепление 1м2 плитного пеноизола осуществляется пятью дюбелями. Дюбеля размещаются в гнезда, просверленные по диаметру дюбелей через утеплитель в материале стены. Глубина гнезда в материале стены до 60мм. Дюбель-анкер является мостиком холода через теплоизоляционный слой. Увеличение интенсивности переноса теплоты из-за наличия дюбелей следует учитывать при теплотехнических расчетах и определении необходимой толщины слоя теплоизоляции. В соответствии с рекомендациями [4] учет увеличения интенсивности переноса теплоты осуществляется введением коэффициента теплотехнической однородности в расчетные формулы. Коэффициент теплотехнической однородности стены определяется по формуле (1):

, (1)

где F0 – площадь рассматриваемого ограждения, F0=1м2; Fi - площадь зоны влияния теплопроводного включения, м2; fi - коэффициент влияния i-го теплопроводного включения; n – число теплопроводных включений на рассматриваемой площади ограждения.

Площадь зоны влияния теплопроводного включения определяется по формуле (2):

, (2)


где δn - толщина рассматриваемого ограждения, принимается с учетом заглубления дюбелей, м.

Рис. Схема утепления наружной стены с использованием в качестве теплоизоляции плит пеноизола: 1 – цементно-песчаная штукатурка,

2 – армирующий слой, 3 – теплоизоляционный слой; 4 – основное ограждение

Зависимость коэффициента теплотехнической однородности от толщины теплоизоляции представлена в табл.1.

Таблица 1. Зависимость коэффициента теплотехнической однородности от толщины слоя теплоизоляции

Толщина слоя теплоизоляции, м

Коэффициент теплотехнической однородности, r

0,05

0,954

0,06

0,946

0,07

0,937

0,08

0,927

Расчет необходимой толщины теплоизоляционного слоя при реконструкции здания выполняется в следующей последовательности:

1. Определяется сопротивление теплопередаче существующего ограждения до выполнения дополнительной теплоизоляции R0, м2·0С/Вт;

2. Рассчитывается величина дополнительного сопротивления теплопередаче, которое необходимо обеспечить слоем теплоизоляции RТ Доп, м2·0С/Вт (3);

, (3)

где Rнорм – нормативное сопротивление теплопередаче в соответствии с [5], м2·0С/Вт, r - коэффициент теплотехнической однородности, принимаем по табл.1.

3. Определяется минимально допустимая толщина утеплителя δут, м (4):

, (4)

где λут – коэффициент теплопроводности слоя утеплителя (пеноизол), λут=0,041Вт/(м2·0С); δшт – толщина слоя штукатурки, δшт=10мм; λшт - коэффициент теплопроводности слоя штукатурки, Вт/(м2·0С).

Толщина слоя теплоизоляции округляется в большую сторону и пересчитывается сопротивление теплопередаче стены с принятой поправкой, RТ, м2·0С/Вт (5):

(5)

Климатические параметры холодного периода года в г. Калининграде характеризуются следующими характеристиками:

- температура наиболее холодной пятидневки минус 190С;

- средняя температура отопительного периода 1,10С;

- продолжительность отопительного периода 193 сут;

- максимальная скорость ветра за январь 5,9м/с;

- средняя скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха £80С 4,1м/с;

- средняя месячная относительная влажность воздуха наиболее холодного месяца 85%.

Такие параметры обуславливают требования максимальной теплозащиты зданий и сооружений при продувании сильными ветрами и повышенной относительной влажности воздуха, что особенно характерно для Калининградской области. При этом особое значение приобретает прогнозирование эксплуатационной долговечности материала утеплителя.

Действующие нормативные документы не регламентируют требования по долговечности теплоизоляционных материалов на полимерной основе. Для неорганических конструкционных материалов долговечность косвенно определяется маркой по морозостойкости в диапазоне F15-F35. Опыт эксплуатации таких материалов показал, что при морозостойкости F35 обеспечивается длительная бездефектная работа материала в составе ограждающих конструкций для климатических районов IIB-IIIB соответствии с [6]. Это обусловлено тем, что фактически сорбционная влажность материала в условиях эксплуатации в 10-20 раз ниже величин, при которых материал испытывается на морозостойкость при объемном замораживании.

[7] устанавливает следующие предельные сроки эксплуатации утепляющих слоев чердачных перекрытий и бесчердачных крыш:

- из керамзита или шлака – 40 лет;

- из пенобетона – 25 лет;

- из минераловатных плит – 15 лет.

Проводились испытания на долговечность различных материалов. Ускоренные испытания пеноизола проведены на базе 100 циклов с фиксацией семи параметров (табл. 2). Параметры цикла: выдержка при 400 в течение 4 ч сменялась выдержкой при минус 350С в течение 3,5 ч, скорость охлаждения (нагревания) – 1,50С/мин.

Таблица 2. Изменение физико-механических и прочностных показателей в процессе испытания на морозостойкость

№ п/п

Наименование показателей

Количество циклов

0

10

20

40

60

100

1

Плотность, кг/м3

11,5

8,985

10,01

8,63

9,73

11,42

2

Водопоглощение, % масс.

900

1085

1385

1323

1333

1400

3

Сорбционное увлажнение, % масс. (за 24ч)

16,6

11,2

14,2

17,8

19,3

17,6

4

Усадка, %

0,0

0,53

0,95

0,78

0,875

5,0

5

Прочность на сжатие (при 10% деформ.), кг/см2

0,032

0,053

0,074

0,057

0,0775

0,113

6

Прочность при изгибе, кг/см2

0,103

0,105

0,184

0,160

0,176

0,125

7

Прочность при растяжении, кг/см2

0,05

0,05

0,062

0,064

0,07

0,046

Влажностное состояние образцов во время испытаний характеризовалось гигрометрическим сорбционным увлажнением при относительной влажности 75% (режим эксплуатации Б по [5]).

Так как ограждающие конструкции с применением пеноизола относятся в основном к массивным с тепловой инерцией D>7 (при этом амплитуда суточных колебаний температуры в теплоизоляционном слое не превышает 0,50С), то достигаемое при таком методе ускорение составляет n1=70/0,5=140 (по температуре), n2=24/8=3 (по времени).

Анализ результатов испытаний показывает, что механические показатели (R­сж, Rизг, Rр) до 60 циклов непрерывно увеличивались. Так как при появлении деструктивных изменений наиболее чувствительным показателем является прочность на растяжение Rр, затем прочность при изгибе Rизг, а наименее чувствительным - прочность при сжатии R­сж, то после 100 циклов изменение механических показателей составило Rр=92%, Rизг=121,3%, R­сж=353% (от начальных значений).

Процессы термодеструкции обусловили практически непрерывный рост водопоглощения, сорбционной влажности и усадки в процессе испытаний, что свидетельствует о появлении в материале микротрещин. По этой причине водопоглощение пеноизола увеличилось в 1,5 раза.

Так как механические показатели не являются браковочными для теплоизоляционных материалов, то для прогнозирования долговечности следует использовать изменение сорбционной влажности, которое составило 1% (по массе) за 100 циклов. При этом в качестве ограничения следует принять допустимое снижение показателя, равное 0,85 от первоначального значения.

Потеря качества теплоизоляционных материалов в составе ограждения при эксплуатации подчиняется зависимости (6):

, (6)

где К, К0 – показатели качества до и после начала эксплуатации, К=0,85К0; λ – постоянная износа, определяемая экспериментально; для сорбционной влажности λ=0,01/n=0,01/100=1х10-4; n - количество циклов ускоренных испытаний; τ – время, за которое получен показатель износа; τ=8 часов.

Преобразуя выражение (6) путем логарифмирования, получаем (7):

ч (7)

Предельный срок службы пеноизола получим при переходе от ускоренных испытаний к натурным путем умножения величины τ на переходные коэффициенты n1 и n2 (8):

(8)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пименов ограждающие конструкции/, // Вопросы развития строительной отрасли: сборник научных трудов/КГТУ, 1998. - С.34-39.

2. Патент 2188211 РФ.

3. Герасименя экологической безопасности в промышленном производстве карбамидных теплоизоляционных пенопластов решена/// Научно-технические новости, 2004. - №5. - С.34-39.

4. СП Проектирование тепловой защиты зданий. М., 2004.

5. СНиП II-3-79* Строительная теплотехника.

6. СНиП Строительная климатология.

7. ВСН 58-88 (р) Госкомархитектуры Положение об организации и проведении реконструкции, ремонта и технического обслуживания зданий, объектов коммунального и социально-культурного назначения.

HEAT EFFICIENCY AND LONGEVITY OF PENOIZOL

V. A. Pimenov, S. A. Lyubishina

Making habitable in winter of external walls with penoizol is investigated in this article. Algorithm of calculation of thermal insulation is presented. Results of experiments longevity of penoizol are analysed.