Теплоизоляционный: Изоляционные материалы купить недорого в ОБИ, выгодные цены

технические характеристики газобетона Xella YTONG

Наибольшее количество тепла теряется через наружную стену. Это можно предотвратить, используя при возведении стен дома блоки YTONG^®.  Благодаря наличию воздуха в порах строительный материал YTONG^® имеет превосходные теплоизоляционные характеристики. Среди множества доступных на рынке стеновых материалов газобетон YTONG^® характеризуется самым низким коэффицентом проникновения тепла: коэффициент теплопроводности YTONG^® составляет всего лишь 0,09 Вт/м°C. Помимо этого, стоит отметить, что в отличие от других материалов теплопроводность YTONG^® одинакова низка во всех направлениях.

Сохранению тепла в доме также способствует тот факт, что при строительстве по технологии YTONG^® применяется метод тонкошовной кладки. Благодаря высокой размерной точности строительных блоков возведение стен возможно на основе клеевого раствора. Толщина швов при этом не превышает 1-3 мм. В дополнении отсутствует необходимость полностью заполнять вертикальные швы клеевым раствором – их заменяет система «паз-гребень».

Таким образом, блоки тесно соприкасаются друг с другом и препятствуют активному теплообмену между внутренней атмосферой помещений и внешней окружающей средой.

Стена из материала YTONG^® является своего рода «кондиционером» —  материал аккумулирует тепло в тёплое время суток и отдаёт его постепенно ночью, при снижении температуры. Стена из газобетона YTONG^® регулирует колебания температур без механического вмешательства. В результате, вместе с высокой степенью теплоизоляции, а также благодаря аккумуляции тепла  обеспечивается постоянная  и комфортная температура во всем доме. Зимой происходит экономия топлива, а в летнее время сохраняется приятная прохлада. 

Стена шириной 37,5 см, построенная из блоков YTONG

®, полностью соответствует российским климатическим особенностям и нормативным требованиям по теплоизоляции для Центрального, Северо-Западного (Вологодская, Калининградская, Псковская и Ленинградская обл. ) и Приволожского ФО РФ.

Следует особо отметить следующее: строительная система YTONG^® подходит не только для наружных и внутренних стен, но и в равной степени для сооружения перекрытий и крыш. 

Сверхтонкая жидкая керамическая теплоизоляция Броня, жидкий керамический материал утеплитель и теплоизолятор — Презентация

СВЕРХТОНКАЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ БРОНЯ

Рекомендуем Вам версии презентаций для печати:

Скачать Презентацию Броня (версия для печати)

Волгоградский Инновационный Ресурсный Центр предлагает Вам разработку российских ученых — жидкий керамический теплоизоляционный материал Броня, превосходящий по своим теплофизическим свойствам известные аналоги. Собственное производство, высококачественное импортное сырье лидеров химической индустрии и лидерский объем продаж, позволяет предложить нашим клиентам беспрецедентную для России цену и эксклюзивную линейку модификаций сверхтонких теплоизоляторов Броня. И это при самых стабильных и соответствующих заявленным характеристикам показателях. Так же, не лишним будет заметить, что силами наших технических специалистов разрабатывались и запускались в серийное производство такие аналоги как сверхтонкая теплоизоляция Броня и жидкий теплоизолятор альфатек.

Наш материал имеет полный пакет необходимых сертификатов и полностью соответствует заявленным техническим параметрам. Сертификаты Броня

Сверхтонкий жидкий теплоизолятор Броня состоит из высококачественного акрилового связующего, оригинальной разработанной композиции катализаторов и фиксаторов, керамических сверхтонкостенных микросфер с разряженным воздухом. Помимо основного состава в материал вводятся специальные добавки, которые исключают появление коррозии на поверхности металла и образование грибка в условиях повышенной влажности на бетонных поверхностях.

Эта комбинация делает материал легким, гибким, растяжимым, обладающим отличной адгезией к покрываемым поверхностям. Материал по консистенции напоминающий обычную краску, является суспензией белого цвета, которую можно наносить на любую поверхность. После высыхания образуется эластичное полимерное покрытие, которое обладает уникальными по сравнению с традиционными изоляторами теплоизоляционными свойствами и обеспечивает антикоррозийную защиту. Уникальность изоляционных свойств материала — результат интенсивного молекулярного воздействия разреженного воздуха, находящегося в полых сферах.

Микросфера под микроскопом	Теплоизоляция Броня под микроскопом
Съемка электроплиты тепловизором, с половиной, покрытой теплоизоляцией Броня	Схема тепловые потоки

Теплоизоляция Броня. Эксперимент со льдом.

Жидкий керамический теплоизолятор Броня высокоэффективен в теплоизоляции фасадов зданий, крыш, внутренних стен, откосов окон, бетонных полов, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, паропроводов, воздуховодов для систем кондиционирования, систем охлаждения, различных ёмкостей, цистерн, трейлеров, рефрижераторов и т. п. Он используется для исключения конденсата на трубах холодного водоснабжения и снижения теплопотерь согласно СНиП в системах отопления.

Теплоизолятор Броня эксплуатируется при температурах от -60 °С до +260 °С. Срок службы материала от 15 лет. На сегодняшний день наш материал используется на объектах и предприятиях разных сфер деятельности.

Как работает материал с точки теплофизики?

Начнем с того, что существует три способа передачи теплоты:

1. Теплопроводность — перенос теплоты в твердом теле за счет кинетической энергии молекул и атомов от более нагретого к менее нагретому участку тела.
2. Конвекция — перенос теплоты в жидкостях, газах, сыпучих средах потоками самого вещества.
3. Лучистый теплообмен (тепловое излучение) — электромагнитное излучение, испускаемое веществом и возникающее за счет его внутренней энергии.

Термодинамика — наука, изучающая законы взаимопреобразования и передачи энергии. Результатом этих процессов является температурное равновесие во всей системе.

Метод и эффективность, какими изолирующий материал блокирует перераспределение тепла, т. е. процесс температурного равновесия, и определяет качество изоляции.

Теплоотдача — конвективный или лучистый теплообмен между поверхностью твердого тела и окружающей средой. Интенсивность этого теплообмена характеризуется коэффициентом теплоотдачи.

Жидкий керамический теплоизоляционный материал Броня — сложная, многоуровневая структура, в которой сводятся к минимуму все три способа передачи теплоты.

Керамический теплоизолятор Броня на 80% состоит из микросфер, соответственно только 20% связующего может проводить теплоту за счет своей теплопроводности. Другая доля теплоты приходится на конвекцию и излучение, а поскольку в микросфере содержится разряженный воздух (лучший изолятор, после вакуума), то потери теплоты не велики. Более того, благодаря своему строению, материал обладает низкой теплоотдачей с поверхности, что и играет решающую роль в его теплофизике.

Таким образом, необходимо разделять два термина: Утеплитель и Теплоизолятор, т. к. в этих материалах различна физика протекания процесса передачи теплоты:
утеплитель — принцип работы основан на теплопроводности материала (мин.плита)
теплоизолятор — в большей мере на физике волн.

Эффективность утеплителя напрямую зависит от толщины: чем толще слой утеплителя, тем лучше.

Толщина теплоизоляционного слоя сверхтонкого теплоизолятора Броня варьируется от 1 до 6 мм, последующее увеличение практически не влияет на его эффективность.

МОДИФИКАЦИИ

На сегодня, жидкая теплоизоляция Броня имеет следующие промышленные модификации —

1. Броня Классик и Броня Классик НГ

Базовая модификация — лучшая жидкая тепловая изоляция, с которой вы работали. Является пленкообразующей модификацией, позволяет изолировать объекты с температурой поверхности до +200 °С на постоянной основе. Имеет две формы выпуска: Слабогорючая (Г1) и Негорючая (НГ) 

2. Броня Стандарт и Броня Стандарт НГ
Жидкая теплоизоляция Броня Стандарт — бюджетная версия модификации Броня Классик — имеет такие же теплофизические характеристики (абсолютно идентична по количеству-объему микросферы производства «3М»),  но имеет ограничение пиковой максимальной температуры эксплуатации +140°С.

3. Броня УНИВЕРСАЛ и Броня УНИВЕРСАЛ НГ 

Жидкая теплоизоляция Броня Универсал — бюджетная сверхтонкая теплоизоляция, имеющая схожие характеристики с Броня Классик и Броня Стандарт. Результат успешного, частичного внедрения импортозамещаюших технологий при производстве. 

4. Броня Антикор

Впервые в России разработан уникальный материал, который можно наносить прямо на ржавую поверхность. Достаточно просто удалить металлической щёткой «сырую» (рыхлую) ржавчину, после чего можно наносить теплоизоляцию Броня Антикор, соблюдая инструкцию. 

5. Броня Металл

Жидкая теплоизоляция Броня Металл — бюджетная сверхтонкая теплоизоляция, имеющая схожие характеристики с Броня Антикор.
Результат успешного, частичного внедрения импортозамещаюших технологий при производстве. Сверхтонкая теплоизоляция модификации Броня Металл является высокоэффективным теплоизоляционным покрытием, с дополнительными антикоррозийными свойствами, а не только консервантом и модификатором коррозии. 

6. Броня Фасад и Броня Фасад НГ

Сверхтонкий теплоизолятор который можно наносить слоями толщиной до 1мм за один раз, и обладающий повышенной паропроницаемостью. Уникальный материал, не имеющий аналогов в мире. Первый жидкий теплоизоляционный материал, который можно наносить на фасады зданий. 

7. Броня СТЕНА и Броня СТЕНА НГ 

Жидкая теплоизоляция Броня Стена — бюджетная сверхтонкая теплоизоляция, имеющая схожие характеристики с Броня Фасад.
Результат успешного, частичного внедрения импортозамещаюших технологий при производстве. Сверхтонкий теплоизолятор, который можно наносить слоями толщиной до 1мм за один раз, обладающий повышенной паропроницаемостью. 

8. Броня Лайт и Броня Лайт НГ, Броня Лайт Норд и Броня Лайт Норд НГ

Теплоизоляционное покрытие Броня Лайт — это инновационный материал для строительных и отделочных работ, предназначенный для финишного выравнивания внутренних и наружных поверхностей из бетона, кирпича, цементно-известковых штукатурок, гипсовых блоков и плит, газо- и пенобетона, ГКЛ, ГВЛ и т.д. с температурой эксплуатации от -60 до +150 °С.

9. Броня Зима и Зима НГ 

Впервые в России разработан материал, с которым можно работать до -35 °С. Теплоизоляция Броня Зима — новейшая разработка в линейке сверхтонких жидких керамических теплоизоляционных материалов. В отличии от всех других ЖКТ материалов, представленных на российском рынке, работы по нанесению модификации Броня Зима могут проводиться при отрицательных температурах, до -35 °С., тогда как минимальная температура нанесения обычных ЖКТМ не может быть ниже +5 °С Броня Зима состоит из композиции специальных акриловых полимеров и диспергированных в ней микрогранул пеностекла, а так же пигментирующих, антипиреновых, реологических и ингибирующих добавок.

Теперь «зимний спад» в строительстве Вам не страшен!

10. Броня НОРД и Броня НОРД НГ

Жидкая теплоизоляция Броня Норд — бюджетная сверхтонкая теплоизоляция, имеющая схожие характеристики с Броня Зима. Результат успешного, частичного внедрения импортозамещаюших технологий при производстве. В отличии от всех других ЖКТ материалов, представленных на российском рынке, работы по нанесению модификации Броня Норд могут проводиться при отрицательных температурах, до -35 °С, тогда как минимальная температура нанесения аналогичных ЖКТМ не может быть ниже -20 °С.  

11. Броня Огнезащита
Однокомпонентный состав БРОНЯ Огнезащита предназначена для повышения предела огнестойкости стальных конструкций, и сооружений промышленного и гражданского назначения, от 45 мин до 120 мин.  Повышает класс огнезащиты (R) покрываемой конструкции, от R45, R90  и R120 (сертифицированное)

• Не ухудшает теплофизических свойств ЖКТМ ( в том числе конкурирующих марок), дает группу горючести НГ (не горючие).
• Имея общую основу с ЖКТМ Броня, при совместном использовании идеально создает Теплоизоляционную не горючую систему покрытий БРОНЯ Огнезащита, с великолепными физическими и теплофизическими свойствами.

12. Броня Антиконденсат

Антиконденсатное покрытие Броня АНТИКОНДЕНСАТ PRO 
Наносится прямо на конденсирующую поверхность толстым технологическим слоем! 
БРОНЯ АНТИКОНДЕНСАТ – это модификация ЖКТМ разработана для применения в промышленности, реконструкции и ремонте оборудования. Уникальный материал наносящийся непосредственно на влажные и мокрые поверхности трубопроводов и оборудования различной формы и конфигурации находящегося в работе при невозможности остановки технологического процесса, или подачи жидкостей по трубопроводам. 
Инновационное решение проблемы конденсата на металлических, стеклянных, пластиковых и др. поверхностей труб и оборудования. Предотвращает накопление и образование влаги, которая сходя с поверхностей покрытых конденсатом негативно влияет на сохранность оборудования и предметов находящихся в производственных, административных, служебных помещениях. После применения БРОНЯ АНТИКОНДЕНСАТ эта проблема полностью устраняется, что продлевает срок службы труб, оборудования.  

Готовятся к промышленному выпуску (уже имеются лабораторные образцы) модификаций — 

Модификация Вулкан. Сверхтонкий теплоизоляционный материал с рабочим диапазоном температур до + 540 С.

Наши продукты, созданные на базе опыта создания отечественных аналогов, уже зарекомендовавшие себя на рынке профессиональной теплоизоляции, имеют следующие преимущества:

• Можно наносить на металл, пластик, бетон, кирпич и другие строительные материалы, а также на оборудование, трубопроводы и воздуховоды.

• Имеют идеальную адгезию к металлу, пластику, пропилену, что позволяет изолировать покрываемую поверхность от доступа воды и воздуха.

• Не проницаемы для воды и не подвержены влиянию водного раствора соли. Покрытия обеспечивают защиту поверхности от воздействия влаги, атмосферных осадков и перепадов температуры.

• Эффективно снижают теплопотери и повышает антикоррозионную защиту.

• Предохраняет поверхность от образования конденсата.

• Слой покрытия толщиной в 1 мм обеспечивает те же изоляционные свойства, что и 50 мм рулонной изоляции или кирпичная кладка толщиной в 1–1,5 кирпича.

• Наносятся на поверхность любой формы.

• Не создают дополнительной нагрузки на несущие конструкции.

• Предотвращает температурные деформации металлических конструкций.

• Отражают до 85% лучистой энергии.

• Обеспечивают постоянный доступ к осмотру изолированной поверхности без необходимости остановки производства, простоев, связанных с ремонтом, и сбоями в работе производственного оборудования.

• Не разрушаются под воздействием УФ излучения.

• Быстрая процедура нанесения покрытий снижает трудозатраты по сравнению с традиционными изоляторами (легко и быстро наносятся кистью, аппаратом безвоздушного нанесения).

• Легко ремонтируются и восстанавливаются.

• Являются изоляционным материалом, которые не поддерживают горение. При температуре 260°С обугливаются, при 800°С разлагаются с выделением окиси углерода и окиси азота, что способствует замедлению распространения пламени.

• Экологически безопасны, нетоксичны, не содержат вредных летучих органических соединений.

• Стойки к щелочам.

• Водородный показатель (pH) 8,5 — 9,5

• Время полного высыхания одного слоя 24 часа

• Расчетная теплопроводность при 20°С 0, 001 Вт/м °С

• Полностью сертифицированы в России.

На российском рынке в настоящее время представлены жидкие керамические теплоизоляционные материалы, которые находят своего потребителя, благодаря широкой области применения и простоте использования при небольших затратах труда. Так как предлагаемые материалы в основном производятся за рубежом, они имеют высокую стоимость, что ограничивает возможность их массового использования в строительстве, энергетике и ЖКХ и т. д. Тогда как отечественные аналоги зачастую оставляют желать лучшего, и свои «качеством» и сверх высокой наценкой за «ноу-хау» вызывают негатив и предвзятость у конечного пользователя к жидким керамическим теплоизоляционным материалам. 

Жидкий композиционный теплоизоляционный материал — первый продукт, который разработан в России по оригинальной технологии, производится из высококачественных импортных компонентов и не имеет аналогов по соотношению цена-качество. Производство Волгоградского Инновационного Ресурсного Центра полностью сертифицировано, что гарантирует стабильно высокое качество продукта. Гордость за наш продукт формируется из позитивных оценок и благодарностей наших клиентов. Наши клиенты по достоинству оценивают безупречную заявленную и гарантированную функциональность и обращаются к нам вновь и вновь. Мы гордимся качеством нашей продукции.

что это, виды и состав.

Теплоизоляционные бетоны – материалы, имеющие низкую плотность (до 500 кг/м³) и минимальную теплопроводность. Используются при производстве элементов утепления. Не приспособлены для восприятия несущей нагрузки. В качестве теплоизоляционных наиболее популярны ячеистые бетоны – искусственные стройматериалы с поризованной структурой.

Области применения ячеистых бетонов

Изделия из низкоплотных ячеистых бетонов, производимые в соответствии с ГОСТом 25485-89, применяются для утепления:

• чердачных перекрытий;
• стеновых конструкций – в качестве теплоизоляционного слоя в многослойных стенах;
• промышленного оборудования – для оборудования, эксплуатируемого при высоких температурах, применяют жаростойкие разновидности материалов, способные выдерживать до +700°C.

Существенным плюсом изделий из ячеистых бетонов является точность размеров.

Благодаря этому, блоки могут укладываться на строительный клей, накладываемый слоем не более 3 мм. Другие стеновые материалы обычно монтируются на цементный раствор из-за необходимости компенсировать погрешности геометрических параметров. Плотность – 0,3-0,5 т/м³.

Способы создания пористой структуры бетонов

Вяжущими в этой продукции могут быть: портландцемент, известь, гипс. В зависимости от применяемой технологии создания пор, различают следующие виды таких теплоизоляционных материалов:

• Газобетоны и газосиликатные бетоны. Технология заключается в добавлении к цементному раствору или смеси вяжущих компонентов алюминиевой пудры. В результате химической реакции в застывающем продукте образуются поры.
• Пенобетоны и пеносиликатные бетоны. Получаются путем смешивания раствора вяжущего компонента с устойчивым пенообразующим компонентом, изготавливаемым отдельно. Пенообразователями выступают смеси из канифольного мыла, животного клея, вытяжки из мыльного корня.

Помимо перечисленных, применяют комплексную газопенную технологию, процессы, проходящие под высоким давлением, вспучивание в условиях вакуума.

По условиям твердения различают бетоны:

• Автоклавные – достигают нормативной прочности в присутствии насыщенного пара при повышенном давлении.
• Неавтоклавные. Нормативная прочность достигается в присутствии насыщенного пара при нормальном давлении или с использованием электрооборудования для прогрева.

Плюсы и минусы применения ячеистого бетона в качестве изоляционного материала

Популярность ячеистой продукции объясняется рядом преимуществ, среди которых:

• Низкая теплопроводность. Это свойство обеспечивается наличием пузырьков воздуха в ячейках. Воздушные пузырьки являются прекрасным теплоизолятором. Теплосберегающие параметры стены из ячеистого материала толщиной 50 см аналогичны характеристикам кирпичной стены толщиной 200 см.
• Хорошие звукоизоляционные характеристики.
• Паропроницаемость, обеспечивающая комфортные условия во внутреннем пространстве.
• Устойчивость к агрессивным биологическим факторам, отсутствие склонности к гниению.
• Экологичность, отсутствие токсичных компонентов.

Недостатком этих материалов является потеря эксплуатационных характеристик при соприкосновении с влажной средой. Поэтому при использовании ячеистой продукции ее обязательно защищают керамической плиткой, фольгированным материалом, пенополиэтиленом.

Теплоизоляционный материал. Виды и применение. Особенности

Теплоизоляционный материал применяется для утепления различных конструкций. Он имеет свойство низкой теплопередачи, поэтому его использование позволяет повысить термическое сопротивление объектов.

Какие задачи решает теплоизоляционный материал

Теплоизоляция является одним из приоритетных направлений при строительстве, поскольку ее применение позволяет многократно повысить эксплуатационные характеристики зданий. Постройка с достаточным количеством утеплителя гораздо меньше промерзает зимой, что снижает затраты на его отопление. Также она менее склонна к перегреву летом, сохраняя внутри комфортную температуру, что экономит ресурс кондиционерного оборудования.

Наличие теплоизоляции дает возможность избежать резких скачков температуры в помещении. Это очень важно, если внутри помещений применяется чувствительный к этому параметру отделочный материал, к примеру, древесина или отдельные виды пластика, в том числе и ПВХ используемый для производства натяжных потолков. Отсутствие существенных колебаний температуры дает возможность убрать благоприятные условия для образования конденсата. Именно применение теплоизоляции исключает появление сырости и развития плесени. Конечно при условии, что влага не образовывается внутри помещения слишком интенсивно от других факторов или накапливается в результате отсутствия гидроизоляции между фундаментом и фасадными стенами.

Сырость на стенах приводит к отслаиванию отделочных материалов. Как следствие наблюдается срывание обоев, а также тяжелой керамической плитки. Переизбыток влаги от отсутствия достаточной теплоизоляции также приводит к расширению изделий из дерева. Как следствие наблюдается коробление напольного покрытия, деформация дверей, от чего они неплотно входят в дверную коробку, и так далее.

Стоит также отметить, что теплоизоляционные материалы помимо своего прямого предназначения обладают звукоизоляционными свойствами. Конечно, их эффективность не столь высока как у специализированных для этой цели покрытий, но вполне достаточная, чтобы уменьшить передачу громких звуков.

Применяемые теплоизоляционные материалы

Существует довольно широкий ассортимент предлагаемых на рынке материалов, которые могут применяться в качестве удачного утеплителя. Среди них оптимальный баланс между стоимостью и эффективностью имеют:

• Минеральная вата.
• Пенопласт.
• Пенополистирол.
• Пеноплекс.
• Вспененный пенополиэтилен.
• Пенополиуретан.

Минеральная вата

Это дешевый, при этом довольно качественный теплоизоляционный материал, который может применяться для утепления потолков, крыш, полов и стен. Минеральная вата при нажатии сжимается, поэтому при работе с ней необходимо предварительно создать обрешетку, после чего уложить ее между лагами. Сверху нее применяется облицовочный, кровельный или напольный материал. Безусловным преимуществом ваты помимо теплоизоляционных свойств является и звукоостанавливающий эффект. Минеральная вата не горит, поэтому ее использование позволяет повысить пожарную безопасность.

Крупным недостатком минеральной ваты является склонность к слеживанию. Если она используется на потолке или полу, то служит действительно долго, но вот плиты закрепленные на стенах начинают постепенно усаживаться. Как следствие вверху образовываются открытые зазоры, так называемые мостики холода. В связи с этим производители минеральной ваты зачастую рекомендуют ее менять буквально каждые 7 лет, в противном случае теплоизоляция будет постепенно работать все хуже и хуже.

Пенопласт

Это также бюджетный теплоизоляционный материал, который можно использовать в любом утеплении. Стоит отметить, что пенопласт может монтироваться мокрым и сухим способом. Поскольку он склонен к сжатию при давлении, то в случае его использования для теплоизоляции стен лучше всего работать с фасадом. Оштукатуренный пенопласт, армированный стекловолоконной сеткой, вполне справится с нагрузками, которые на него могут оказываться на фасаде. Но вот внутри помещения такая стена долго не прослужит, поскольку на нее постоянно будут опираться, навешивать шкафчики, полки, картины, фотографии и так далее.

Плотность пенопласта довольно низкая, поэтому при проведении теплоизоляции обычно используются листы с толщиной 5-10 см. К неоспоримым достоинствам применения этого материала является возможность обрезки обыкновенным монтажным ножом без необходимости использования пилы. Главным недостатком пенопласта является его склонность к разрушению. При механическом воздействии из него с легкостью выпадают вспененные пузырьки.

Пенополистирол и пеноплекс

Эти два материала практически идентичны по своим свойствам. Их можно сравнить с пенопластом, но имеющим очень плотную структуру. Пенополистирол и пеноплекс можно использовать для мокрого утепления пола. Их листы раскладываются, после чего сверху заливается бетонная стяжка. Эти материалы легко режутся с помощью монтажного ножа, ручной ножовки, электрического лобзика или циркулярной пилы.

Пенополистирол и пеноплекс лучше пенопласта благодаря более высокой плотности, поэтому они менее склонны к разрушению при механическом воздействии. Кроме того они эффективнее останавливают теплообмен, поэтому такой теплоизоляционный материал может применяться с использованием листов меньшей толщины. Работая с пеноплексом нужно учитывать, что он имеет очень низкую адгезию. В связи с этим, если его применять для утепления стен, то сделать дальнейшую штукатурку будет сложно. Чтобы повысить адгезию листов их придется обработать грунтовкой бетоноконтакт. Штукатурные работы придется проводить с применением стекловолоконной сетки по всему периметру, а не только по линиям стыков.

Данные материалы обладают низкой огнестойкостью, а также при возгорании выделяют токсические продукты сгорания. Они требуют аккуратного обращения при работе, поскольку весьма хрупки.

Вспененный пенополиэтилен

Это современный материал, который представляет собой пористую структуру из полиэтилена. Зачастую одна его сторона покрыта алюминиевой фольгой. Часто он используется в качестве подложки при укладывании напольных покрытий, в частности ламината и линолеума. Этот материал имеет малую толщину при действительно отличных теплоизолирующих свойствах. Его эффективности в 20 раз выше, чем у минеральной ваты. Таким образом, при толщине в 1 см он будет обладать такими же свойствами как 20 см ваты.

Неоспоримым достоинством вспененного пенополиэтилена является хорошая пароизоляция. Такой материал раскладывается по поверхности, а его стыки склеиваются специальным армированным скотчем с отражающей поверхностью. Вспененный пенополиэтилен может использоваться для проведения любых теплоизоляционных работ, а также наматываться на трубы для их утепления.

Пенополиуретан

Этот теплоизоляционный материал в отличие от предыдущих видов предлагается не в виде рулонов или плит, а в жидком состоянии. Он выдувается на поверхность, после чего быстро увеличивается в объеме и застывает. Благодаря этим свойствам его можно наносить на любые поверхности даже в труднодоступные места. Полиуретановый утеплитель обычно распыляется между лагами пола, крыши и так далее. После этого сверху закрепляются отделочные материалы.

Пенополиуретан имеет огромный ресурс, обладает шумоизоляционными свойствами и высокой адгезией к любым поверхностям. Бесстыковая технология нанесения предотвращает образование мостиков холода. Такое решение при точном соблюдении технологии монтажа можно назвать самым эффективным. К сожалению, для работы с пенополиуретаном требуется применение специализированного оборудования, стоимость которого очень высока. Как следствие работать самостоятельно с ним не удастся. Потребуется обращаться в компании, предоставляющие подобные услуги теплоизоляции.

Где применяется теплоизоляция

Теплоизоляционный материал используется для обеспечения утепление различных поверхностей:

• Стен.
• Кровли.
• Подвала и пола.
• Потолка.

Утепление стен

Довольно часто применяемые материалы для строительства стен имеют недостаток в виде склонности к промерзанию зимой, а также передачи нагрева внутрь помещения летом. Для устранения данной проблемы применяется теплоизоляция. Она может проводиться как внутри помещения, так и снаружи. Естественно, намного эффективней делать ее на фасадной стене. Большинство материалов обычно имеют толщину как минимум в 4-5 см, поэтому закрепляя их на внутренней стене, помещение будет уменьшаться. Вопрос утепление стен весьма важен, поскольку именно через них происходит потеря до 40% тепла уходящего из здания.

На стенах утеплительный материал может фиксироваться мокрым или сухим способом. Мокрый предусматривает приклеивание с применением специализированных растворов в виде клеев или цементных смесей. Сухой способ еще называют вентилируемый. На поверхность стены монтируется обрешетка, а теплоизоляционный материал укладывается между ней, после чего осуществляется облицовка закрывающими материалами. Внутри помещение применяется гипсокартон, а на фасадах металлопрофиль и так далее.

Утепление кровли

Через кровлю может улетучиваться до 20% тепла. Утепление особенно важно при устройстве мансардной крыши, когда подкровельное пространство используется в качестве эксплуатируемого помещения. Применив теплоизоляционный материал на кровле, можно уменьшить перегрев здания летом. Это особенно актуально, если в качестве кровельного материала применяются металлические листы в виде профлиста, металлочерепицы и так далее. При устройстве крыш утеплитель фиксируется между лагами.

Утепление подвала и пола

Это в первую очередь актуально для одноэтажных построек, а также помещений на первых этажах многоярусных домов. Применяемые в этом случае теплоизоляционные материалы укладываются между бетонной стяжкой и облицовочным напольным покрытием. Отдельные виды теплоизоляционных решений могут применяться перед заливкой стяжки. Если осуществляется укладка напольной доски по лагам, то утеплитель распространяется между ними.

Утепление потолков

В одноэтажных зданиях, а также на последних этажах многоэтажных построек осуществляется теплоизоляция потолков. В большинстве случаев ее проще проводить на чердаке, используя такой же способ, как применяется при утеплении пола. Таким образом удастся сэкономить на материалах и обойтись более простой технологией. Также, когда нужно работать именно с потолком, то закреплять теплоизоляционный материал можно мокрым способом или зафиксировать его на обрешетке, в дальнейшем скрыв навесным или натяжным потолком.

В отдельных случаях проводить теплоизоляцию именно потолка, а не пола чердака, даже лучше, особенно если высота помещения чрезмерно большая. Уложенный теплоизоляционный материал позволит забрать немного высоты потолков, тем самым уменьшив фактический объем помещения для отопления.

Похожие темы:

Выбор теплоизоляционных материалов для утепления стен и крыши

Выбор вида материала для теплоизиоляции определяется в зависимости от способа утепления. В современном строительстве существует два способа утепления: сухой и мокрый.
Первый способ подразумевает применение стяжки, штукатурки, наливных полов и различных шпаклевок после монтажа теплоизоляции. Это делается в случае предполагаемой последующей отделки помещения.
В отличие от мокрого способа теплоизоляции, сухой не требует штукатурки и шпаклевки. При утеплении этим способом после монтажа теплоизоляционных материалов изолирующий материал покрывают листами фанеры, ДСП, если проводят утепление пола. Если осуществляют утепление стен, поверх закрепленного утеплителя устанавливают листы гипсокартона, МДФ, сайдинг и т.д.

Популярные материалы для теплоизоляции

Наиболее популярным видом теплоизолирующего материала является пенополистирол и минеральная вата.
Пенополистирол очень часто используется при применении мокрого способа утепления стен, а минеральная и стекловолоконная вата для теплоизоляции сухим методом.

Утеплитель для крыш.

При проведении работ по утеплению кровли учитываются конструктивные особенности крыши. К примеру, для утепления чердака можно использовать теплоизоляционный материал не особо обращая внимание на значение теплопроводности материала и, напротив, при утеплении мансардной крыши этот коэффициент имеет огромное значение. Для осуществления более эффективной теплоизоляции мансардного помещения профессиональные строители рекомендуют применять различные матные, рулонные или плитные теплоизоляционные материалы для крыши, а при осуществлении работ по утеплению чердака можно воспользоваться засыпными материалами которые являются менее эффективными при утеплении.
Скатные крыши рекомендуется утеплять мягкими минеральными утеплителями, плотность которых составляет не более 50 кг/метр кубический. При монтаже теплоизоляции утеплитель для крыши кладется на обрешетку, заполняя пространство между стропилами. Очень важным моментом при монтаже теплоизоляции крыши является обустройство ее паро- и влагозащищенности. Для этих целей используют специальную гидроизоляционную пленку сверху и пароизоляционную пленку снизу теплоизоляционного материала. Стыки пленки проклеиваются специальной лентой.

При осуществлении работ по теплоизоляции плоских эксплуатируемых крыш нужно применять влагостойкий теплоизоляционный материал, который способен выдерживать нагрузку от 250 кг/ метр квадратный, примером такого материала может быть экструдированный пенополистирол, с плотностью не менее 30 кг/метр кубический и имеющий низкую группу горючести.
При проведении утепления плоских неэксплуатируемых кровель нужно учесть, что иногда возникает потребность в поднятии на крышу для проведения ремонта или уборки. По этой причине для теплоизоляции таких крыш используют жесткие утеплители на основе минеральной ваты с плотностями выше 150 кг/метр кубический.
Иногда теплоизоляцию крыши осуществить нельзя и по этой причине утепляется потолок внутри помещений. В такой ситуации плиты из минерального утеплителя размещают сверху над подвесным потолком. Плиты утеплителя при таком размещении опираются на стальной или алюминиевый профиль. При монтаже утеплителя таким способом применяют утеплители URSA AKP1/V, URSA FKP URSA DF40 или подобные.
И совет напоследок: хорошую теплоизоляцию можно обеспечить только в случае использования качественных утеплителей.

Шиpoкий выбop тeплoизoляции в Tюмeни

 

ООО ТД ТЕПЛОИЗОЛЯЦИЯ г. Тюмень

 Теплоизоляция в Тюмени применяется при строительстве практически любых зданий и сооружений. С точки зрения обывателя теплоизоляция помогает сохранить тепло зимой и прохладный воздух летом. Но это лишь верхняя часть айсберга, и строители подмечают и другую её очень важную функцию теплоизоляции. Теплоизоляция защищает несущие конструкции от резких температурных перепадов, неизбежных при смене сезонов года. Конструкция с теплоизоляцией испытывает меньшее тепловое напряжение и в результате прослужит значительно дольше, чем без теплоизоляционной защиты.

Кроме того, существуют такое понятие, как «точка росы», то есть место на конструкции, где присутствует резкий перепад температур. Если там будет скапливаться влага, то отрицательная температура кристаллизует её, что приведёт к повреждению материала несущей конструкции. Защищённая же теплоизоляцией, несущая конструкция станет невосприимчивой к замерзанию, а образовавшийся в толще защиты лёд легко удалится посредством высокой паропроницаемости изоляционного материала теплоизоляции.

В настоящее время компании, занимающиеся теплоизоляцией в Тюмени, реализуют два основных вида теплоизоляционного материала, применяемых для теплоизоляции . Это минеральная вата и экструзионный пенополистирол. Эти теплоизоляционные материалы обладают различной плотностью и обеспечивают разный уровень пожарной защиты. Их Вы можете купить у нас.

Виды теплоизоляционных материалов

Теплоизоляция Минвата производится из расплавленных горных пород, различных смесей и шлаков, и поскольку она состоит только из натуральных компонентов, то можно сказать что минеральная вата — это экологически чистый и безопасная теплоизоляция. Так что при строительстве дома, Вам без этой теплоизоляции не обойтись.

 

Теплоизоляция Экструзионный пенополистирол можно использовать для теплоизоляции цоколя. Утепление стен фасада и межэтажных перекрытий лучше доверить базальтовой теплоизоляции. Для высокой нагрузки следует выбирать теплоизоляцию с большей плотностью. Степень пожарной защиты теплоизоляции, или группу горючести, выбирают для разных частей здания: фундамент — Г4, плоская кровля — Г1, для остальных частей здания утеплитель выбирается негорючим. Базальтовый теплоизоляция является именно негорючим.

 

ООО «ТеплоИзоляция» готово предложить Вам различные виды теплоизоляции, пароизоляция, минеральной ваты, а также широки выбор самых популярных марок теплоизоляции Изоспана. Чтобы узнать о том как выбрать теплоизоляцию и как купить нашу теплоизоляцию, просто позвоните нам по телефону и мы Вас радостью проконсультируем. Сколько стоит наши теплоизоляционные материалы, оптовые и розничные цены теплоизоляции Вы сможете узнать, нажав на кнопку Прайс.

 

Тел.(факс): (3452) 27-50-40

Тел.(факс): (3452) 27-50-30

E-mail: Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

г. Тюмень, ул. Чекистов 32, стр 15.

 

Изготовление теплоизоляции из минеральной ваты начинается с дробления и плавления базальтовой породы. В расплавленную породу добавляют синтетический связующий компонент. Далее производственный конвейер переносит материал на резку, где получают плиты необходимых размеров. Как правило, плиты изготавливают 1 м в длину, 0,5-0,6 м в ширину и 40-200 мм в толщину. Теперь готовый теплоизоляционный материал упаковывают в специальную термоусадочную плёнку и перевозят на склад. Там они отлёживаются не менее суток, чтобы теплоизоляция принял окончательную форму.

Теплоизоляция Экструзионный пенополистирол изготавливается из ПВХ крошки с добавлением вспенивающего компонента, которым обычно выступает углекислый газ. Экструдирование теплоизоляции — это выдавливание, то есть под высоким давлением ПВХ крошка вспенивается углекислым газом и разогревается, после чего поступает на прокат, где обретает нужную толщину и подрезается. Готовый материал теплоизоляции так же, как и теплоизоляция минеральная вата, упаковывается в термоусадочную плёнку.

Теплоизоляция — это не просто какой-нибудь утеплитель и способ защитить здание от температурных перепадов, но и отличная экономия на обогреве. Стоимость теплоизоляции окупается за 2-3 года с момента установки, поскольку снижаются затраты на охлаждение и обогрев строительного сооружения.

Как выбрать теплоизоляцию?

Выбор теплоизолирующих материалов действительно поражает своим многообразием. Как не заблудиться среди множества вариантов и подобрать такую теплоизоляцию, которая будет оптимально соответствовать индивидуальным характеристикам и параметрам вашего дома?

Специалисты выделяют различные типы материалов теплоизоляции в зависимости от их свойств и состава. Качественная теплоизоляция должна включать в себя следующие свойства:

• теплопроводность;
• гидрофобность;
• пожаростойкость;
• воздухнонепроницаемость;
• звукоизоляцию.

Помимо этого выделяют следующие разновидности теплоизоляции, основанные на технических параметрах: теплоизоляция минеральная вата, теплоизоляция стекловата, теплоизоляция пенополистирол и проч. Особой популярностью у потребителей пользуется теплоизоляция минеральная вата за свои превосходные характеристики и доступную стоимость теплоизоляции.

Сферы применения теплоизоляции

У каждого теплоизоляции есть своя область использования, в которой он максимально проявляет свои теплоизоляционные свойства. Хорошей теплоизоляцией различных помещений можно считать ту, при которой качественно утеплен каждый элемент конструкции. А для этого нужно подобрать соответствующий теплоизоляционный материал:

• Для скатных кровель хорошо подходят теплоизоляции стекловолоконные материалы и базальтовая вата.
• Для плоских крыш – теплоизоляцию плотные базальтовые плиты.
• Для фундамента и пола стоит использовать прочный и водостойкий экструдированный теплоизоляцию пенополистирол.
• Для утепления навесных фасадов – теплоизоляцию плиты из минеральной ваты.
• Для оштукатуренных стен подходит теплоизоляция каменная вата.

Выбираете ли вы самый дешевый или дорогой теплоизоляцию обращайте внимание на его паропроницаемость и вес. Для цоколей и подвальных помещений это не так важно, но для фасада данный фактор является весомым. Отлично пропускают пар минераловатные теплоизоляционные материалы, хуже всех – теплоизоляция пенополистирол. Зато он самый легкий. Небольшой вес у теплоизоляции стекловолокна, а вот теплоизоляция базальтовая вата более тяжелая. Выбранный материал теплоизоляции не должен создавать излишней нагрузки на строение.

Известными марками теплоизоляции, главным достоинством которых является отличное качество и безопасность, являются теплоизоляция KNAUF, теплоизоляция Rockwool, теплоизоляция базальтовый утеплитель, теплоизоляция ТИЗОЛ и мембрана ИЗОСПАН.

 

KNAUF: свойства и область применения теплоизоляции

Теплоизоляционные материалы Кнауф обладают повышенными свойствами влагостойкости и прочности. Теплоизоляция выпускаются в форме плит и используются в качестве утеплителя кровли, стен и фундаментов зданий.

 

Rockwool: свойства и область применения теплоизоляции

Негорючий тип изоляционных материалов, базовая основа РОКВУЛ – каменная вата. Теплоизоляция применяются для всех типов зданий в целях утепления, а также звукоизоляции и защиты от пожара.

 

ТИЗОЛ: свойства и область применения теплоизоляции

ТИЗОЛ — Экологически чистый базальтовый утеплитель российского производства, выпускаемый в форме тепло- и звукоизоляционных плит. Теплоизоляция широко используется для утепления фасадов, полов и стен всех видов зданий.

Теплоизоляция

Теплопроводность – это процесс переноса внутренней энергии тела (тепла) от его более нагретых частей к менее нагретым. Интенсивность данного процесса определяется коэффициентом теплопроводности рассматриваемого материала λ. Коэффициент теплопроводности – это количество теплоты, прошедшее через единицу площади изотермической поверхности за единицу времени при градиенте температуры в 1 К/м.

Коэффициент теплопроводности в общем зависит от свойств материала, его структуры, увлажнения, агрегатного состояния и от температуры.

Техническая изоляция ISOTEC — это продукция из минеральной ваты, разработанная для различных областей применения и различных рабочих температур.

Легкая, упругая вата ISOTEC на основе кварца имеет наилучшее соотношение «цена-качество» для стандартных рабочих температур – максимально до 350°C.

Продукция ISOTEC из ваты на основе кварца легко сжимается и восстанавливает свои свойства, что облегчает транспортировку и монтаж. Данные материалы являются негорючими и обладают высокими звукопоглощающими характеристиками.

Продукция ISOTEC из минеральной ваты на основе кварца представлена широким ассортиментом, включая плиты, маты, отличающиеся высокими техническими характеристиками и механической прочностью. Часть наиболее широко используемых матов является гофрированными изделиями (аналогичными ламельным изделиям) с малым коэффициентом монтажного уплотнения.
 

Решения ISOTEC из каменной ваты: высокие механические характеристики для высоких рабочих температур

Для изоляции установок с высокими температурами, которые также требуют применения особо прочных материалов, мы предлагаем широкий ассортимент продукции ISOTEC из каменной ваты.

Продукция ISOTEC из каменной ваты – это экономически эффективные теплоизоляционные решения, отличающиеся высокими прочностными характеристиками. Продукция ISOTEC  является химически нейтральной, не вступает в реакции с известными маслами и растворителями, не создает коррозийно-активных сред при прохождении влаги сквозь изоляцию, контролируется по показателям ионов хлора и другим важным химическим параметрам. Таким образом, изоляция ISOTEC обладает гарантированно высоким качеством.

Ассортимент продукции ISOTEC из каменной ваты включает прошивные маты, плиты и цилиндры.
 

Теплоизоляция систем ОВК

Сохраняйте тепло с теплоизоляцией

Ключевые концепции
Физика
Теплообмен
Изоляция
Материаловедение

Введение
Что делать, когда зимой очень холодно? Вы, вероятно, включите обогреватель, наденете дополнительный слой одежды или прижметесь к теплому одеялу. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, почему куртка помогает не замерзнуть? Почему наша одежда изготовлена ​​из ткани, а не из фольги? Найдите ответы в этом упражнении; Ваши результаты могут даже помочь вам найти лучший способ согреться на морозе!

Фон
Тепло — это форма энергии.Вам нужна энергия, чтобы что-то нагреть: например, чашка чая. Для приготовления чая вы, вероятно, используете энергию электричества или газа. Однако, когда чай станет горячим, он не останется горячим вечно. Просто оставьте чашку чая на столе на некоторое время, и вы уже знаете, что чем дольше вы ждете, тем холоднее будет. Это происходит из-за явления, называемого теплопередачей, которое представляет собой поток энергии в виде тепла. Если два объекта имеют разную температуру, тепло автоматически перетекает от одного объекта к другому, когда они соприкасаются.Тепловая энергия передается от более горячего к более холодному объекту. В случае с чаем тепло жидкости передается окружающему воздуху, который обычно холоднее чая. Как только оба объекта достигнут одинаковой температуры, передача тепла прекратится. Передача тепла за счет движения жидкостей (жидкостей или газов) называется конвекцией.

Другой тип теплопередачи — теплопроводность, при которой энергия перемещается через вещество (обычно твердое) от одной частицы к другой (в отличие от конвекции, когда движется само нагретое вещество).Нагревающаяся ручка кастрюли может быть примером кондукции.

Тепло также может передаваться посредством излучения. Вы могли испытать это, сидя у костра. Хотя вы не прикасаетесь к огню, вы можете почувствовать, как он излучает тепло вам в лицо, даже если на улице холодно. Если вы любите пить чай горячим, вы можете спросить, как можно уменьшить теплопередачу и как чай не остывает? Ответ — теплоизоляция. Изоляция означает создание барьера между горячим и холодным объектом, который уменьшает теплопередачу за счет отражения теплового излучения или уменьшения теплопроводности и конвекции от одного объекта к другому.В зависимости от материала преграды утеплитель будет более или менее эффективным. Барьеры, которые очень плохо проводят тепло, являются хорошими теплоизоляционными материалами, тогда как материалы, которые очень хорошо проводят тепло, имеют низкую изоляционную способность. В этом упражнении вы с помощью стакана горячей воды протестируете, из каких материалов получаются хорошие или плохие теплоизоляционные материалы. Как вы думаете, какой материал будет наиболее эффективным?

Материалы

• Пять стеклянных банок с крышками
• Ножницы (и взрослые для помощи при стрижке)
• Лента
• Алюминиевая фольга
• Пузырьковая пленка
• Шарф шерстяной или другая шерстяная одежда
• Бумага
• Горячая вода из крана
• Термометр
• Холодильник
• Таймер
• Бумага для письма
• Ручка или карандаш

Подготовка

• Отрежьте кусок алюминиевой фольги, пузырчатой ​​пленки и бумаги (при необходимости обратитесь за помощью к взрослым). Каждый кусок должен быть достаточно большим, чтобы его можно было три раза обхватить по сторонам стеклянной банки.
• Возьмите кусок алюминиевой фольги и оберните им стенки одной из банок. У вас должно получиться три слоя фольги вокруг стеклянной банки. Используйте ленту, чтобы прикрепить фольгу к банке.
• Затем оберните другую банку пузырчатой ​​пленкой, чтобы стекло также было покрыто в три слоя. Обязательно прикрепите пузырчатую пленку к банке.
• Используйте обрезанную бумагу, чтобы обернуть третью банку тремя слоями бумаги.Еще раз прикрепите бумагу к стеклянной банке.
• Возьмите еще одну стеклянную банку и оберните вокруг нее шарф или другую шерстяную ткань. Сделайте только три слоя упаковки и убедитесь, что шарф остается прикрепленным к банке.
• Оставить последнюю банку без упаковки. Это будет ваш контроль.

Процедура

• Наполните каждую банку одинаковым количеством горячей воды из крана.
• Используйте термометр для измерения температуры в каждой банке. Поместите палец в воду каждой банки (будьте осторожны, если вода из-под крана очень горячая) — как ощущается температура воды?
• Запишите температуру для каждой банки и закройте крышками. Все температуры одинаковы или есть различия? Насколько велики различия?
• Откройте холодильник и положите внутрь все пять банок. Убедитесь, что они все еще надежно завернуты. Почувствуйте температуру холодильника — какова его температура?
• Поставьте термометр в холодильник. Какую температуру показывает термометр, когда вы кладете его в холодильник?
• Когда все банки будут в холодильнике, закройте дверцу холодильника и установите таймер на 10 минут. Как вы думаете, что произойдет с банками и горячей водой за это время?
• Через 10 минут откройте холодильник и выньте все банки на улицу. Банки ощущаются по-другому?
• Откройте каждую банку по очереди и измерьте температуру воды термометром. Также проверьте температуру пальцем. Изменилась ли температура? Как изменилось по градуснику?
• Повторите измерение температуры для каждой банки и запишите температуру для каждого оберточного материала. Изменилась ли температура в каждой банке одинаково? Какой оберточный материал привел к наименьшему изменению температуры, а какой — наибольшему?
• Для лучшего сравнения рассчитайте разницу температур в начале и в конце теста для каждой банки (начало температуры в зависимости от температуры после 10 минут хранения в холодильнике). Можете ли вы определить по вашим результатам, какой материал является лучшим или самым слабым теплоизоляционным материалом?
• Дополнительно: Будет ли температура продолжать изменяться одинаковым образом для каждого материала? Вы можете снова закрыть каждую банку и снова убрать их в холодильник на 10 минут. На этот раз результаты разные или те же?
• Extra : Температура воды в холодильнике изменяется так же, как в морозильной камере, или при комнатной температуре? Повторите тест, но на этот раз вместо того, чтобы ставить стеклянные банки в холодильник, поместите их в морозильную камеру или храните при комнатной температуре. Насколько изменится температура воды за 10 минут? По-разному ли ведут себя разные упаковочные материалы?
• Extra : Попробуйте найти другие материалы, которые, по вашему мнению, являются хорошими или плохими теплоизоляторами, и протестируйте их. Какой материал работает лучше всего? Вы можете придумать причину, почему?
• Extra : если вы вытащите банки из холодильника через 10 минут, вы, вероятно, все равно будете измерять разницу температур между водой внутри емкости и температурой внутри холодильника.Стеклянные банки можно дольше хранить в холодильнике и измерять их температуру каждые 15–30 минут. Сколько времени нужно, чтобы температура воды больше не изменилась? Какова конечная температура воды внутри стакана?
• Extra : Помимо выбора правильного изоляционного материала, как еще можно улучшить теплоизоляцию? Повторите этот тест только с одним оберточным материалом. На этот раз измените толщину изоляционного слоя. Находите ли вы зависимость между толщиной изоляционного слоя и изменением температуры в холодильнике?

Наблюдения и результаты
Ваша горячая вода значительно остыла за 10 минут внутри холодильника? Хотя температура в холодильнике очень низкая, ваша горячая вода имеет высокую температуру. Когда тепловая энергия течет от горячего объекта к холодному, тепловая энергия от вашей горячей воды будет передаваться в окружающий холодный воздух внутри холодильника, как только вы поместите стеклянные банки внутрь.Самым важным механизмом теплопередачи в этом случае является конвекция, то есть воздух рядом с горячей водой нагревается горячей водой. Затем теплый воздух заменяется холодным, который также нагревается. В то же время холодный воздух охлаждает воду внутри банки. Тепло горячей воды отводится потоком холодного воздуха вокруг чашки. Если вы оставили банки в холодильнике достаточно долго, вы могли заметить, что температура меняется, пока горячая вода не достигнет температуры внутри холодильника.Без разницы температур воды и холодильника передача тепла прекратится.

Тепло из воды также теряется из-за теплопроводности: передачи тепла через материал, которая зависит от теплопроводности самого материала. Стеклянная банка относительно хорошо проводит тепло. Вы замечаете, что когда вы касаетесь стеклянной банки с горячей водой, она также становится горячей. Какой эффект имели разные упаковочные материалы? Вы должны были заметить, что при использовании упаковочных материалов температура воды через 10 минут внутри холодильника была выше, чем в неупакованном контроле.Почему? Упаковка стеклянной банки снижает передачу тепла от горячей воды к холодному воздуху внутри холодильника. Использование оберточных материалов с очень низкой теплопроводностью снижает теплопотери за счет теплопроводности. В то же время изолятор также может нарушать или уменьшать поток холодного воздуха вокруг стеклянной емкости, что приводит к меньшим потерям тепла за счет конвекции.

Одним из способов уменьшения конвекции является создание воздушных карманов вокруг банки, например, с помощью изоляторов, таких как пузырчатая пленка, ткань или шерсть, которые имеют много воздушных карманов.Воздух в целом является хорошим теплоизолятором, но может передавать тепло за счет конвекции. Однако, если воздушные карманы внутри изоляционного материала отделены друг от друга, тепловой поток из одного воздушного кармана в другой не может происходить легко. Это причина, по которой вам следовало измерить самую высокую температуру в банке, обернутой пузырьками, и банке, обернутой тканью. Это также объясняет, почему большая часть нашей одежды сделана из ткани и почему вам будет теплее, если надеть дополнительную куртку. Бумага и фольга облегчают отвод тепла, потому что у них не так много воздушных карманов.

Дополнительные сведения для изучения
Теплопередача — для детей, из Real World Physics Problems
Как животные сохраняют тепло с помощью жира, из Scientific American
Как работает термос? (Pdf), из Daily Science
Science Activity for All Ages !, from Science Buddies

Эта деятельность предоставлена ​​вам в партнерстве с Science Buddies

Анизотропное, легкое, прочное и сверхтермоизолирующее нанодревесина с естественно выровненной наноцеллюлозой

Аннотация

Из-за преобладающих энергетических проблем и неудовлетворенных потребностей в области теплоизоляции наблюдается растущий интерес к материалам для управления теплообменом.Мы демонстрируем исключительные возможности терморегулирования крупномасштабного иерархического выравнивания нанофибрилл целлюлозы, непосредственно изготовленных из древесины, далее именуемой нанодревесиной. Нанодревесина проявляет анизотропные термические свойства с чрезвычайно низкой теплопроводностью 0,03 Вт / м · К в поперечном направлении (перпендикулярно нанофибриллам) и примерно в два раза более высокой теплопроводностью 0,06 Вт / м · К в осевом направлении из-за иерархической выровненные нанофибриллы внутри высокопористой основы. Анизотропия теплопроводности обеспечивает эффективное рассеивание тепла в осевом направлении, тем самым предотвращая локальный перегрев на освещенной стороне, обеспечивая улучшенную теплоизоляцию вдоль задней стороны, которую нельзя получить с помощью изотропных теплоизоляторов. Нанодревесина также показывает низкий коэффициент излучения <5% в солнечном спектре и способность эффективно отражать солнечную тепловую энергию. Более того, нанодревесина легкая, но прочная благодаря эффективному соединению между выровненными нанофибриллами целлюлозы с высокой прочностью на сжатие 13 МПа в осевом направлении и 20 МПа в поперечном направлении при 75% -ной деформации, что превосходит другие теплоизоляционные материалы. такие как кремнезем и полимерные аэрогели, пенополистирол и шерсть.Превосходное управление температурой, обилие, способность к биологическому разложению, высокая механическая прочность, низкая массовая плотность и масштабируемость производства нанодревесины делают этот материал очень привлекательным для практических применений в области теплоизоляции.

ВВЕДЕНИЕ

Поиск высокоэффективных, легких и механически прочных теплоизоляционных материалов является ключом к экономии энергии как для жилых, так и для коммерческих зданий, что приводит к снижению углеродного следа, как это продвигается U.S. Министерство энергетики ( 1 , 2 ). Хорошая теплоизоляция также очень желательна для многих электрических, оптических и космических приложений, в которых необходимо жестко регулировать теплопередачу. Материалы для теплоизоляции требуют сложной комбинации характеристик, таких как низкое поглощение / излучение тепловой энергии, хорошая механическая прочность и низкая массовая плотность, а также способность к биологическому разложению и экономическая эффективность ( 2 — 4 ). Современные теплоизоляционные материалы обычно изотропны, что не идеально для эффективного управления температурным режимом.Кроме того, разработка изотропных теплоизоляционных материалов достигла плато, когда дальнейшее снижение теплопроводности приводит к нежелательным компромиссам в механической прочности, сложности изготовления и нестабильности характеристик ( 5 — 8 ). Типичные теплоизоляционные материалы, включая шерсть, пенопласт и древесную пробку, часто имеют теплопроводность, близкую к воздуху (~ 0,03 Вт / м · К) ( 3 , 6 , 9 , 10 ), что является изотропным по своей природе.Низкое значение k ~ 0,02 Вт / м · К было получено с помощью кремнеземных аэрогелей. Однако аэрогели диоксида кремния хрупкие, и их трудно приготовить в больших размерах.

Разработка анизотропного терморегулирующего материала вызвала значительный интерес ( 6 , 11 — 15 ). Имеются значительные достижения в области многослойных материалов (сверхрешеток) и наноматериалов с анизотропной теплопроводностью ( 6 , 8 , 14 — 22 ).Перенаправление тепловой энергии в анизотропных теплоизоляторах может помочь (i) предотвратить локализацию тепла и (ii) уменьшить тепловой поток в направлении более низкой теплопроводности, что, таким образом, приводит к улучшенной теплоизоляции, которая не может быть достигнута с помощью изотропных материалов. Однако эти типы анизотропных материалов обычно требуют сложной конструкции и энергоемких производственных процессов, что препятствует их широкому применению в крупномасштабных системах.

Наноцеллюлоза — это богатый землей ресурс биомассы, обладающий большим потенциалом для производства экологически чистых продуктов с низкими рисками для окружающей среды, здоровья человека и безопасности ( 23 — 32 ).Существует значительный интерес к непрерывной разработке продуктов на основе наноцеллюлозы с добавленной стоимостью, которые могут вытеснить их существующие аналоги, таких как устройства на бумажной основе и гибкие покрытия для управления светом ( 23 , 33 — 35 ). Однако создание продуктов на основе наноцеллюлозы, таких как пена целлюлозы, основанное на подходе «снизу вверх», включает в себя ряд механических и химических процессов, а также последующую сборку нанофибрилл целлюлозы ( 36 ). Кроме того, современные методы повторной сборки нанофибрилл целлюлозы часто приводят к образованию фибрилл со случайной ориентацией ( 23 , 30 , 37 — 39 ). Получаемые в результате продукты часто демонстрируют плохие механические свойства, что запрещает их применение в качестве изоляционных материалов для крупномасштабных применений в строительстве и в аэрокосмической отрасли. Например, Bergström и др. . ( 6 ) продемонстрировал первый анизотропный нанокомпозитный супертепловой изолятор методом сублимационной сушки.Однако дальнейшее улучшение механической прочности и процесса изготовления необходимо для крупномасштабных и реалистичных применений (<200 кПа в осевом направлении и <50 кПа в поперечном направлении при деформации 90%).

РЕЗУЛЬТАТЫ

Здесь мы разрабатываем простой, но эффективный подход «сверху вниз» для приготовления анизотропного теплоизолирующего объемного материала путем прямой химической обработки натуральной древесины, которая называется «нанодревесиной». Унаследовав расположение натурального дерева, нанодревесина состоит из упорядоченных нанофибрилл целлюлозы, что приводит к анизотропной теплопроводности с чрезвычайно низким значением ~ 0.03 Вт / м · К в поперечном направлении (перпендикулярно выравниванию нанофибрилл целлюлозы) и ~ 0,06 Вт / м · К вдоль направления выравнивания целлюлозы. Эта анизотропия может позволить теплу распространяться в направлении нанофибрилл, что предотвращает локальное разрушение из-за накопленной тепловой энергии ( 11 ) и уменьшает тепловой поток в поперечном направлении. Выровненные нанофибриллы целлюлозы также обеспечивают высокую механическую прочность ~ 13 МПа, что намного выше, чем у других материалов с низкой теплопроводностью, таких как пенополистирол, вспененная целлюлоза и аэрогель кремнезема ( 40 , 41 ).Мы также обнаружили, что нанодревесина обладает уникально низким коэффициентом излучения, что делает его высокоэффективным блокатором теплового излучения Солнца.

Как показано на фиг. 1A, при нагревании источником радиационного нагрева (фиг. 1A) слоистая структура выровненных нанофибрилл целлюлозы эффективно отражает поступающую радиационную энергию, перенаправляя поглощенное тепло в плоском направлении. На рис. 1В показан большой кусок нанодревесины с массовой плотностью 0,130 г / см ³ . Естественно выровненные деревянные каналы (сосуды и фибриллярные просветы трахеиды) способствуют эффективному извлечению лигнина, в значительной степени сохраняя исходную микро / наноструктуру.Длина как показано на рисунке составляет около 15 см, что демонстрирует масштабируемость нашего нисходящего процесса производства нанодревесины.

Рис. 1 Полностью полученное из натурального дерева, нанодревесина с иерархически выровненными нанофибриллами целлюлозы может использоваться в качестве анизотропного супертеплоизолятора.

( A ) Схема теплоизоляционных свойств нанодревесины. ( B ) Цифровая фотография нанодревесины и соответствующих свойств, полезных для изоляции зданий.

ОБСУЖДЕНИЯ

Мезопористая структура нанодревесины

Три основных компонента клеточных стенок древесины, агрегаты паракристаллических фибрилл целлюлозы, аморфная гетерополисахарид гемицеллюлоза и разветвленный лигнин на основе полифенолпропана, переплетаются друг с другом, образуя прочную и функциональную сосудистую структуру. переносят воду, ионы и питательные вещества от корней к листьям во время фотосинтеза ( 42 — 44 ). Нанодревесина изготавливается непосредственно из натуральной американской липы.Обратите внимание, что мы используем американскую липу в качестве демонстрации, и что можно использовать и другие породы дерева. Образец вырезан по направлению роста (рис. S1). Исходный кусок дерева был обработан смесью NaOH и Na ₂ SO ₃ , нагретой до температуры кипения, с последующей обработкой H ₂ O ₂ для удаления лигнина и большей части гемицеллюлозы из природного дерево (рис. S2) ( 45 , 46 ). Микроструктура древесины и иерархическое расположение хорошо сохраняются во время этого процесса, и образец впоследствии подвергается сублимационной сушке (рис.S3) ( 47 ) для сохранения нанопористой структуры делигнифицированной древесины. Потеря массы и изменение содержания лигнина для образца размером 12 мм × 30 мм × 120 мм во время химического процесса также показаны на рис. S2. Полученные нанодревесины состоят в основном из нанофибрилл целлюлозы в виде агрегатов фибрилл. Эффективность удаления лигнина и гемицеллюлозы также демонстрируется высокой яркостью изготовленных нанодревесин (рис. 1 и 2C, а также фиг. S1-S3 и S7).

Инжир.2 Структурная характеристика нанодревесины.

( A ) Схемы выровненных нанофибрилл целлюлозы в нанодревесе до и после удаления смешанных аморфного лигнина и гемицеллюлозы. ( B ) Концентрация лигнина, гемицеллюлозы и целлюлозы в натуральной древесине и нанодревесе. ( C ) Фотография образца нанодревесины, которая демонстрирует чистый яркий цвет и выровненную текстуру. ( D ) Нанодревесина демонстрирует большую пористость, иерархическое структурное выравнивание агрегатов фибрилл и поддерживаемое выравнивание агрегатов фибрилл.( E ) СЭМ изображение микроскопических пористых и выровненных каналов внутри нанодревесины, вид сбоку. ( F ) СЭМ-изображение стенок пористых каналов, состоящих из ориентированных нанофибрилл. ( G ) СЭМ-изображение сверху каналов нанодревесины с разделенными концами нанофибрилл.

На рис. 2А показаны схемы образцов натурального дерева и нанодревесины. В исходных образцах натурального дерева аморфный лигнин и гемицеллюлоза вплетены между нанофибриллами целлюлозы ( 42 — 44 ).Хотя лигнин и гемицеллюлоза в значительной степени удаляются в нановоде (рис. 2, A и B), полученная структура имеет повышенную пористость и лучшее выравнивание нанофибрилл благодаря удалению лигнина, не связанного с выравниванием, и потенциальному процессу самовыравнивания во влажном состоянии. Это также соответствует более ранним моделям, показывающим, как целлюлоза, лигнин и гемицеллюлоза располагаются в стенке фибрилл ( 48 , 49 ). Стенки ячеек древесины первоначально состоят из первичных и вторичных стенок ячеек, причем последние далее делятся на три слоя, а именно S1, S2 и S3 ( 50 ).Ячейки связаны друг с другом средней ламелью. Среди слоев клеточной стенки средний слой S2 во вторичной клеточной стенке является самым толстым и состоит из параллельных агрегатов нанофибрилл целлюлозы, выровненных под небольшим углом к ​​оси длины. Угол фибрилл в слое S2 варьируется от 10 ° до 15 ° и может помочь определить выравнивание клеточной стенки ( 43 ). После химической очистки агрегаты нанофибрилл целлюлозы в слое клеточной стенки можно непосредственно наблюдать в поперечном сечении фибрилл с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM) (рис.2, Г и Ж). На этих изображениях очевидно, что стенки фибрилл изолированы друг от друга из-за удаления основной части богатой лигнином средней ламеллы и лигнина в первичной и вторичной клеточной стенке, как показано при сравнении структуры нативной древесины. с SEM на фиг. S4 и S5. Частично изолированные фибриллы помогают еще больше снизить поперечную теплопроводность. Из-за естественного выравнивания фибрилл в древесине отдельные нанофибриллы целлюлозы, составляющие клеточные стенки, упаковываются и выстраиваются параллельно друг другу, что приводит к иерархическому выравниванию в нанодревесе.Каждый агрегат фибрилл состоит из выровненных нанофибрилл кристаллической целлюлозы с высокими пропорциями (диаметр ~ 30 нм и длина примерно> 1 мкм), которые упакованы несколькими десятками глюкановых цепей в кристаллическом порядке и удерживаются вместе межмолекулярными водородными связями. и силы Ван-дер-Ваальса ( 51 ). Молекулярное выравнивание целлюлозных цепей может быть отображено с помощью характеристики малоуглового рассеяния рентгеновских лучей (рис. S6). Лигнин и гемицеллюлоза имеют аморфную структуру, но гемицеллюлоза может располагаться вдоль фибрилл.Однако количественная оценка этого очень ограничена, по крайней мере, насколько известно авторам. Удаление лигнина и гемицеллюлозы также увеличивает пористость структуры стенки фибрилл ( 49 ) при условии, что делигнифицированные фибриллы сушат осторожно, чтобы избежать разрушения стенки фибрилл и отделить агрегаты фибрилл друг от друга. Кроме того, эффективная экстракция лигнина и гемицеллюлозы естественным образом снижает плотность нанодревесины (0,13 г / см ³ ) (рис.S1).

Анизотропная теплопроводность нанодревесины

Нанодревесина обладает четырьмя ключевыми характеристиками, необходимыми для превосходной теплоизоляции. Во-первых, исходя из оценки результирующей массовой плотности и плотности сухих стенок ячеек, пористость нанодревесины увеличивается до ~ 91% [плотность сухой ячеистой стенки липы составляет 1,491 г / см ³ ( 52 ). )], что намного больше, чем у оригинальной липы (около 60%). Большая пористость приводит к гораздо меньшей теплопроводности (теоретическая оценка теплопроводности в дополнительных материалах).Во-вторых, удаление смешанного лигнина и гемицеллюлозы в значительной степени снижает связь между фибриллами целлюлозы и агрегатами фибрилл внутри стенки фибрилл, что приводит к гораздо более слабому взаимодействию между фибриллами и снижению теплопроводности в поперечном направлении. В-третьих, выровненные агрегаты нанофибрилл с высоким аспектным соотношением приводят к анизотропному тепловому потоку вдоль направления выравнивания нанофибрилл. Наконец, большинство пустотных каналов (фибриллы и элементы сосудов) в нанодревесе имеют диаметр от 10 до 100 мкм, тогда как отдельные фибриллы целлюлозы в агрегатах фибрилл клеточной стенки демонстрируют расстояние между агрегатами между фибриллами в нанометровом диапазоне.Когда расстояние между ними меньше, чем длина свободного пробега воздуха, теплопроводность через воздух будет затруднена. Однако в мезопористых нанодревесах преобладают поры микропористого размера, и влияние наноразмерных пор на дальнейшее снижение теплопроводности незначительно. Дальнейший анализ влияния микропор и наноразмерных пор на теплопроводность делигнифицированной древесины как в осевом, так и в поперечном направлениях можно найти в обсуждении S3.

На рис. 3 (A и B) показаны инфракрасные изображения анизотропных процессов теплопередачи в образцах при облучении падающим лазером на длине волны излучения 820 нм со знаком 0.95 Вт / мм ² интенсивность и размер пятна 0,5 мм. Для образца нанодревесины, разрезанного поперек направления роста, тепловая энергия проходит в основном параллельно деревянным каналам и остается ограниченной в поперечном направлении. Для образца нанодревесины, вырезанного вдоль направления роста древесины, профиль градиента температуры имеет эллиптическую форму из-за анизотропии теплопроводности в поперечном и осевом направлениях.

Рис. 3 Поперечный и осевой перенос тепла в нанодревесе.

( A ) Схематическое изображение теплопроводности вдоль стенок деревянных ячеек как осевой теплопередачи, тогда как ( B ) теплопроводность по стенкам ячеек и полым каналам (то есть просвет и наноразмерные поры внутри стенок фибрилл ) называется поперечной теплопередачей. ( C ) Измеренная теплопроводность нанодревесины от комнатной температуры до 65 ° C. ( D ) Измеренная теплопроводность исходной древесины от комнатной температуры до 80 ° C.( E ) Сравнение теплопроводности натурального дерева и нанодревесины при комнатной температуре.

Теплопроводность в радиальном направлении составляет 0,032 ± 0,002 Вт / м · К при 25,3 ° C и 0,056 ± 0,004 Вт / м · K при 24,3 ° C в осевом направлении (рис. 3C). Для сравнения, натуральная американская липа показывает теплопроводность 0,107 ± 0,011 Вт / м · К в радиальном направлении и 0,347 ± 0,035 Вт / м · К в осевом направлении при 22,7 ° C (рис. 3D). Теплопроводность натурального дерева остается практически постоянной от комнатной температуры до 80 ° C.Однако для нанодревесины теплопроводность в поперечном направлении медленно увеличивается с 0,03 до 0,055 Вт / м · К при более высоких рабочих температурах, тогда как в осевом направлении значение медленно изменяется от 0,056 до 0,10 Вт / м · К.

Механические и оптические свойства нанодревесины

Мы сравнили теплопроводность нашей нанодревесины (в поперечном направлении) и других типичных теплоизоляционных материалов, таких как пенополистирол, пенополистирол (EPS), шерсть и дерево (рис.4А). Нанодревесина имеет более низкую теплопроводность по сравнению с большинством имеющихся в продаже теплоизоляционных материалов ( 53 , 54 ). На рис. 4В приведены механические свойства, включая напряжение сжатия существующих теплоизоляционных материалов с теплопроводностью менее 0,05 Вт / м · К. Также для сравнения добавлены характеристики натурального дерева ( 55 ). Прочность на сжатие проверяли в поперечном и осевом направлениях.Механические испытания в поперечном направлении показывают экспоненциально возрастающее напряжение (рис. S8) при сжатии из-за уплотнения (показано на вставке на рис. 4В). Максимальное напряжение сжатия в осевом направлении приближается к 13 МПа (рис. S8). Насколько нам известно, прочность нашего нанодревесины представляет собой наивысшее значение среди доступных супер изоляционных материалов ( 6 , 40 , 41 , 56 , 57 ). Строительные блоки нашего нанодревесины состоят из длинных и выровненных агрегатов фибрилл с большим отношением поверхности к объему и высоким соотношением сторон.Поскольку химическая обработка нанодревесины удаляет почти весь лигнин и большую часть гемицеллюлозы, стенки фибрилл более пористые, и между фибриллами больше промежутков. Это приводит к более низкой прочности на сжатие нанодревесины по сравнению с древесиной в направлении толщины волокон. Это также улучшает гибкость образцов, как показано на фиг. 4C. Однако из-за сохраняющейся ориентации фибрилл в стенке фибрилл (то есть изгиба вдоль оси фибрилл) делигнифицированные образцы обладают значительной прочностью как в направлении толщины фибрилл, так и в большей степени в направлении длины. фибрилл, поскольку механические свойства фибрилл сохраняются благодаря сохранению ориентации кристаллической структуры молекул целлюлозы, которая является несущим элементом стенки фибрилл.Таким образом, свойства при растяжении и сжатии, естественно, изменяются по-разному из-за различий в механизмах разрушения для этих ситуаций нагружения. Более подробное обсуждение механических свойств нанодревесины можно найти в разделе S1 дополнительных материалов.

Рис. 4 Характеристика нанодревесины.

( A ) Сравнение теплопроводности существующих теплоизоляционных материалов. Нанодревесина демонстрирует очень низкую поперечную теплопроводность наряду с высокой анизотропией.( B ) Механические свойства нанодревесины по сравнению с другими материалами с теплопроводностью менее 0,05 Вт / м · К, а также с натуральной липой. ( C ) Фотографии большого куска нанодревесины и тонкой и раскатываемой нанодревесины. Стрелки указывают направление выравнивания. ( D ) Отражение нанодревесины. Нанодревесина демонстрирует больший коэффициент отражения, охватывающий спектр солнечного излучения (то есть более низкий коэффициент излучения, взвешенный по солнечной энергии, по сравнению с деревом).Синяя кривая — это воздушная масса 1,5 солнечного спектра. а.е., условные единицы. ( E ) Инфракрасное изображение натурального дерева и нанодревесины при освещении лазером с длиной волны 820 нм. ( F ) Температурный профиль образцов в (E).

Для оценки излучательной способности нанодревесины был проведен тест в ультрафиолетовой и видимой области (LAMBDA 35, PerkinElmer) для образца толщиной 3 мм. Образец показывает в среднем ~ 95% отражения в диапазоне длин волн от 400 до 1100 нм (рис.4D). Коэффициент пропускания ниже базового уровня шума (<0,1%). Коэффициент излучения (коэффициент излучения ≈ поглощающая способность; приближение серой поверхности) рассчитан как ~ 5%, что указывает на эффективное отражение тепловой энергии от радиационного источника тепла (Newport Standard Solar Simulator). Для сравнения, натуральное дерево поглощает в среднем 50% света в видимом спектре света. Это уникальное широкополосное всенаправленное отражение яркого нанодревесины является результатом плотных наноразмерных центров рассеяния на его поверхности ( 30 , 31 ).Коллимированный источник тепла 820 нм с размером пятна 1 мм и входной мощностью 0,95 Вт / мм ² падал перпендикулярно поверхности нанодревесины и образцов натуральной древесины. Как показано на рис. 4 (E и F), максимальная температура составляет 36 ° C при полной ширине на половине высоты (FWHM) 5,2 мм для нанодревесины, по сравнению с 99,4 ° C для натуральной древесины с FWHM 4,0. мм, благодаря (i) меньшему поглощению и (ii) лучшему отведению тепла нанодревесиной.

Теплоизоляция нанодревесины по сравнению с другими изоляторами

Чтобы продемонстрировать возможности терморегулирования нашей разработанной нанодревесины, мы протестировали образцы как под токопроводящим, так и под излучательным источником тепла и сравнили его с другими теплоизоляционными материалами, включая диоксид кремния. аэрогель (изотропный), пенополистирол (изотропный) и натуральная американская липа (анизотропный).Экспериментальная установка для кондуктивной и радиационной схем теплопередачи показана на рис. 5 (D и G, соответственно). Коммерческий аэрогель диоксида кремния (www.buyaerogel.com) имеет толщину 0,7 см, и мы приготовили блок нанодревесины того же размера, что и аэрогель диоксида кремния, для честного сравнения. Температура измерялась термопарой типа К. При нагревании токопроводящим источником тепла до 160 ° C было показано, что стабилизированная температура задней стороны кремнеземного аэрогеля составляет 36,5 ° C, тогда как температура нанодревесины составляет 30.5 ° C (рис. 5E). Затем мы сравнили изоляционные характеристики образца делигнифицированной древесины с пенополистиролом и натуральным деревом (рис. 5F). Были применены три различных температуры, и результаты показывают, что нанодревесина дает самую низкую температуру задней стороны из-за низкой теплопроводности в поперечном направлении в сочетании с предпочтительным рассеиванием тепла в осевом направлении из-за его анизотропии. Кроме того, изоляционные свойства различных материалов были оценены под действием лучистого источника тепла.При воздействии солнечного спектра кремнеземный аэрогель поглощает ~ 20% и передает ~ 60% лучистого тепла. Для сравнения, ~ 95% энергии излучения было отражено, тогда как было обнаружено, что только ~ 2% поглощается нанодревесиной, как показано на рис. 5C. Температура тыльной стороны аэрогеля диоксида кремния и нанодревесины составляла 49,9 ° и 22,8 ° C, соответственно, ниже 320 мВт / см ² (фиг. 5H). Это представляет собой гораздо большую разницу в характеристиках теплоизоляции по сравнению с испытаниями с источником тепла на основе теплопроводности.Температуры тыльной стороны образцов натурального дерева, пенополистирола и нанодревесины толщиной 2 мм при мощности менее 500 мВт / см ² составляли 57,1 °, 39,3 ° и 29,9 ° C соответственно (рис. 5I). Чтобы дополнительно проиллюстрировать эффект анизотропной теплопроводности при применении теплоизоляционных материалов, моделируемый температурный профиль для изотропной пены целлюлозы (или пенополистирола / пенополистирола) и нанодревесины под излучением источника тепла показан на рис. S11. Пенополистирол имеет изотропную теплопроводность 0.03 Вт / м · К, аналогично нанодревесе в поперечном направлении. По сравнению с изотропным изолятором приготовленные нанодревесины могут перенаправлять поступающую тепловую энергию в осевом направлении, что приводит к гораздо более низкой температуре передней и задней стороны изоляционного материала.

Рис. 5 Теплоизоляционные характеристики нанодревесины по сравнению с аэрогелем кремнезема, пенополистиролом и натуральным деревом.

( A ) Фотография образца нанодревесины толщиной 1 мм.( B ) Вид сбоку на СЭМ каналов нанодревесины, состоящих из ориентированных нанофибрилл целлюлозы. ( C ) Оптическое отражение, пропускание и поглощение кремнеземного аэрогеля и нанодревесины, освещенных стандартным имитатором солнечного излучения. ( D ) Схематическое описание нанодревесины, освещаемой поперечно (перпендикулярно нанофибриллам). ( E и F ) Сводка результатов, показывающих стабилизированные температуры задней стороны теплоизоляторов, когда верхняя поверхность находится в прямом контакте с проводящим источником тепла через термопасту.( G ) Схематическое описание измерительной установки с использованием источников лучистого тепла (имитатор солнечной энергии). ( H и I ) Сводка результатов, показывающих стабилизированные температуры задней стороны каждого теплоизолятора, при этом верхняя поверхность получает энергию излучения от имитатора солнечного излучения.

Мы также провели анализ затрат на материалы для производства нанодревесины, включая сырье и обрабатывающие химикаты (таблица S1), которые могут составлять всего 7,44 долл. США / м ² .Нанодревесина может быть переработана в различные формы и размеры, подходящие для различных применений, требующих теплоизоляции, от паровых и химических труб до строительных конструкций. Обратите внимание, что при толщине менее 1 мм ломтик нанодревесины можно скручивать и складывать, что делает его подходящим для сценариев, требующих гибкости, таких как трубопроводы на химических заводах и электростанциях. Кроме того, теплоизолирующие материалы обычно состоят из компонентов микроскопических размеров и стекловаты, которые могут вызывать проблемы со здоровьем, поскольку вдыхаемые фибриллы могут проникать в легкие людей и животных при вдыхании без разложения.С другой стороны, целлюлоза является биоразлагаемой, что делает ее экологически чистой при использовании в качестве изоляции. Следует также подчеркнуть, что целлюлоза не вызывает аутоиммунных реакций при контакте с тканями человека и не может разлагаться организмом человека.

ВЫВОДЫ

Полностью полученный из натурального дерева, мы сообщили о термически анизотропном нанодревесе, состоящем из иерархически выровненных нанофибрилл целлюлозы. Недавно разработанная нанодревесина демонстрирует отличные теплоизоляционные свойства.Вместо использования сложных процессов изготовления наноразмерного анизотропного теплоизолятора, такого как сверхрешетки или реконструированные слоистые низкоразмерные материалы, нанодревесина может быть изготовлена ​​с помощью масштабируемого подхода сверху вниз с помощью простой химической обработки. В качестве доказательства концепции масштабируемости мы продемонстрировали куски нанодревесины длиной более 15 см и толщиной более 2 см. Нанодревесина демонстрирует уникальные анизотропные термические свойства с низкой поперечной теплопроводностью, равной 0.03 Вт / м · К с анизотропией 2 (более высокая осевая теплопроводность ~ 0,06 Вт / м · К). Нанодревесина также обладает следующими уникальными свойствами: (i) высокая механическая прочность 13 МПа благодаря кристаллическому упорядочению глюкановых цепей фибрилл целлюлозы, что в ~ 50 раз выше, чем у пены целлюлозы, и в> 30 раз выше, чем у в продаже самые прочные теплоизоляционные материалы; (ii) низкая массовая плотность; (iii) низкий коэффициент излучения от 400 до 1100 нм; и (iv) обильные, устойчивые и потенциально низкие затраты.Недавно разработанная нанодревесина в качестве супертеплового изолятора с низкой теплопроводностью потенциально может найти применение в энергоэффективных зданиях, теплоизоляции для космических применений и изоляции электрических устройств.

МЕТОДЫ

Механическое испытание

Испытания образца на сжатие были выполнены с использованием испытательной машины Tinius Olsen h35KT. Два образца были сжаты в поперечном и осевом направлениях соответственно. Образцы шириной 5 мм были испытаны при длине контура 25 мм и скорости ползуна 5 мм мин. ^–1 .

Прямое измерение температуры при различных источниках тепла

Проводящий источник тепла с площадью контакта 4 мм × 4 мм использовался в прямом контакте с теплоизоляционными материалами через проводящую термопасту. Имитатор солнечной энергии из Ньюпорта использовался для обеспечения теплового излучения, которое падает перпендикулярно верхней поверхности изоляторов с размером светового пятна 5 мм. Во время проведения измерений температура окружающей среды составляла 21 ° C.На измерительную термопару типа К наносили теплопроводную термопасту. Устойчивое состояние было достигнуто до того, как данные были записаны.

Измерение теплопроводности

Камера температуры и влажности использовалась для хранения образца в течение минимум 24 часов при 25 ° C и влажности 20% перед измерением. В нашем измерении влажность контролировалась на уровне 20%, при этом регистрировалась температурная зависимость теплопроводности. Устройство лазерной вспышки (LFA) — это бесконтактный переходный метод измерения температуропроводности материалов, который применялся для тестирования подавляющего большинства объемных материалов, включая органические-неорганические гибридные композиты ( 58 — 60 ) и металл-полупроводник. нанокомпозиты ( 61 ).Согласно Feng et al . ( 62 ) и Винер и др. . ( 63 ), LFA можно использовать для измерения аэрогелей, теплопроводность которых составляет всего 0,01 Вт / м · К. Во время измерения мгновенный лазерный импульс использовался для нагрева одной стороны образца, а температурный отклик на другой стороне регистрировался детектором. Здесь Netzsch LFA (LFA 457) использовался для измерения температуропроводности. Теплопроводность образца k может быть затем рассчитана по следующему уравнению: k = αρCp (1) где α (мм ² / с) — измеренный коэффициент температуропроводности вдоль определенного направления, ρ — плотность, а _p — теплоемкость.Для определения теплоемкости использовали метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК). Используя Netzsch DSC 204 F1 Phoenix, теплоемкости были получены в три этапа: (i) определение скорости теплового потока на нулевой линии с двумя пустыми тиглями, один из которых является эталоном, а другой — образцом; (ii) измерение стандартных образцов с известной теплоемкостью в тиглях для образцов; и (iii) измерение образцов. В наших измерениях в качестве эталонного материала использовался сапфир, поскольку его теплоемкость, как известно, находится в диапазоне от 70 до 2500 К.Шесть образцов нанодревесины (одинаковой плотности) были измерены в диапазоне температур от 22 ° до 65 ° C, три в поперечном направлении и еще три в осевом направлении. Планка погрешностей была создана на основе разброса выборки и ошибки оборудования. Используя данные о температуропроводности и теплоемкости, полученные выше, на рис. 3C показана теплопроводность образцов нанодревесины, рассчитанная по формуле. 1. Шкала погрешности теплопроводности была рассчитана на основе данных измерений и шкалы погрешности теплоемкости, коэффициента диффузии и массовой плотности после тестирования шести различных образцов (0.13 ± 0,03 г / см ³ ).

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Дополнительные материалы к этой статье доступны по адресу http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/4/3/eaar3724/DC1

рис. S1. Нанодревесина состоит из иерархически выровненных массивов нанофибриллярной целлюлозы, полученной из натурального дерева.

рис. S2. Содержание и внешний вид лигнина между химическими процессами.

рис. S3. Процесс сушки нанодревесины.

рис. S4. СЭМ изображения натурального дерева.

рис. S5. СЭМ изображения нанодревесины.

рис. S6. Выравнивание молекулярного уровня в иерархическом выравнивании нанодревесины.

рис. S7. Образцы нанодревесины могут быть изготовлены в широком диапазоне размеров.

рис. S8. Испытание нанодревесины на сжатие в осевом и радиальном направлениях.

рис. S9. Прочность на растяжение нанодревесины и исходной древесины.

рис. S10. Сравнение коммерчески доступного аэрогеля диоксида кремния и нанодревесины.

рис.S11. Температурные зависимости изотропных и анизотропных теплоизоляторов от точечного источника тепла.

рис. S12. Два уровня пористости (микропористые и наноразмерные поры) в нанодревесах.

рис. S13. Термогравиметрический анализ.

рис. S14. Цифровые изображения делигнифицированной деревянной детали после> 1 года пребывания в окружающей среде.

рис. S15. Испытание на воздухопроницаемость нанодревесины.

рис. S16. Промышленный метод резки древесных плит.

рис.S17. Нанодревесина состоит из ориентированных нановолокон целлюлозы с мезопористой структурой.

рис. S18. Сравнение отражательной способности между плоскостью вертикального и горизонтального разреза нанодревесины.

рис. S19. Теплопроводность в поперечном и осевом направлении при влажности 20% и 80% соответственно.

рис. S20. Прочность нанодревесины на разрыв при влажности 20 и 80%.

таблица S1. Стоимость материалов для производства нанодревесины.

таблица S2. Сравнение нанодревесины, бумаги и сотовой бумажной обертки.

обсуждение S1. Анализ механических свойств нанодревесины

обсуждение S2. Численное моделирование изотропных и анизотропных теплоизоляторов

обсуждение S3. Оценка теплопроводности

обсуждение S4. Термическая стабильность нанодревесины

обсуждение S5. Проницаемость нанодревесины

обсуждение S6. Масштабируемое производство

обсуждение S7. Сравнение со стопкой бумаги и сотовой оберточной бумаги

обсуждение S8.Влияние влажности

Ссылки ( 64 — 70 )

Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе. при условии, что в результате будет использовано , а не для коммерческой выгоды и при условии, что оригинальная работа правильно процитирована.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

1. ↵
2. ↵
3. ↵
4. ↵
5. ↵
6. ↵
8. ↵
9. ↵
10. ↵
11. ↵

12. Y.Лан, З. Рен, Термоэлектрические нанокомпозиты для преобразования тепловой энергии, в Наноматериалы для устойчивой энергетики , Q. Li, Ed. (Springer, 2016).

14. ↵
15. ↵

21. S. Volz, Тепловые наносистемы и наноматериалы (Springer, 2009).

22. ↵

    К. Х. Ли, Г. П. Петерсон, Двойная роль наночастиц в повышении теплопроводности суспензий наночастиц, на Международном конгрессе и выставке машиностроения ASME 2005 (IMECE2005) , Орландо, Флорида, 5-11 ноября 2005 г.

23. ↵
30. ↵
31. ↵
32. ↵
33. ↵
35. ↵
36. ↵
37. ↵
39. ↵
40. ↵
41. ↵jost 9000, E. Wood Chemistry (Elsevier, ed.2, 2013).

42. ↵
43. ↵

    Р. М. Роуэлл, Справочник по химии древесины и древесным композитам (CRC Press, изд. 2, 2012 г.).

44. ↵
45. ↵
46. ↵
47. ↵
48. ↵
49. ↵

    Т.А. Табет, Ф. А. Азиз, Угол микрофибриллы целлюлозы в древесине и его динамическое механическое значение, в Целлюлоза — фундаментальные аспекты , Т. ван де Вен, Л. Годбаут, ред. (InTech, 2013).

50. ↵

    Э.-л. Халт, «CP / MAS 13C-ЯМР-спектроскопия, применяемая для изучения структуры и взаимодействия волокон древесины и целлюлозы», диссертация, Королевский технологический институт KTH, Стокгольм, Швеция (2001).

51. ↵
52. ↵
53. ↵
54. ↵

    D. W. Green, J. E. Winandy, D.Э. Кречманн, Механические свойства древесины, в Справочнике по древесине : Древесина как технический материал (Министерство сельского хозяйства США, Лесная служба, Лаборатория лесных товаров, 1999).

55. ↵
56. ↵
57. ↵
59. ↵
60. ↵
61. ↵
62. ↵
63. ↵

65. М. Г. Каганер, Теплоизоляция в криогенной технике (Израильская программа научных переводов, 1969).

69. ↵

Выражение признательности: Мы благодарим Мэрилендский наноцентр и его лабораторию AIMLab за поддержку.Мы благодарим J.Y. Чжу из Лаборатории лесных товаров США по анализу состава исходной и делигнифицированной древесины. Мы также благодарим Р. Дж. Боненбергера и Х. Хао из Мэрилендского университета за помощь в проведении механических испытаний. Финансирование : Авторы признают, что они не получали финансирования в поддержку этого исследования. Вклад авторов: T.L. и Л.Х. придумали идею и спланировали эксперименты. J.S., T.L., C.J. и A.G.способствовал подготовке проб и оптимизации масштабирования. X.Z., T.L., Z.Y., R.Y., B.Y. и T.F. провели измерение и моделирование теплопроводности, а также определение характеристик теплоизоляции. T.L., J.S., J.D., C.C., G.P. и Y.Y. отвечали за SEM-изображения, композиционный анализ и механические испытания. T.L., F.J., S.X. и L.W. способствовал обсуждению и характеристике делигнифицированной древесины. Конкурирующие интересы: L.H. and T.L. являются изобретателями по заявке на патент, связанной с этой работой (раскрытие изобретения об изобретении Университета Мэриленда PS-2017-117, подано 9 января 2017 г.).Все остальные авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах. Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

• Copyright © 2018 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Нет претензий к оригинальным работам правительства США. Распространяется по некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (CC BY-NC).

Что такое изоляция и как она работает?

Что общего у стеклянных пивных бутылок, бутылок из нержавеющей стали и шерсти белого медведя?

Да, все они отличные изоляторы, но причина этого может вас удивить!

Что такое изоляция?

Чтобы узнать, что делает изолятор отличным, давайте сначала посмотрим, что такое изоляция. Существует много видов изоляции — тепловая, звуковая, электрическая и т. Д. Для наших целей мы будем говорить о теплоизоляции, которая уменьшает теплопередачу между объектами, отражая тепловое излучение или уменьшая теплопроводность и конвекцию от одного объекта к другому. другой (подробнее об этом чуть позже).Проще говоря, теплоизоляция — это то, что сохраняет ваш кофе горячим в изолированной кружке, а руки в перчатках — в тепле.

Типы теплообмена

Распространенное заблуждение состоит в том, что изоляция защищает от холода, тогда как на самом деле функция изоляции заключается в уменьшении передачи тепла, что означает, что она удерживает тепло внутри. Тепловая энергия будет передаваться соседним объектам с более низкой температурой, что вы можете почувствовать как в кофейную кружку наливается горячий кофе, если его перенос не замедляется или не останавливается термоизолятором.

Чтобы понять, из чего состоит отличный теплоизолятор, вам нужно знать три метода теплопередачи: проводимость, конвекция и излучение.

Проводимость : Процесс, посредством которого тепло передается из области с большей кинетической энергией (более высокой температуры) в область с более низкой кинетической энергией (более низкая температура), например прикосновение к горячей ручке. Происходит при физическом контакте и является наиболее распространенной формой передачи тепла.

Конвекция : Процесс, при котором газ или жидкость нагреваются, а затем удаляются от источника, например ощущение горячего воздуха над кипящей кастрюлей.

Излучение : Процесс передачи тепла посредством электромагнитных волн, например тепло от солнца.

Теплоизоляторы

Задача теплоизолятора — уменьшить теплопередачу, поддерживая объект в горячем или холодном состоянии. Прекрасным примером термоизолятора является бутылка для воды из нержавеющей стали, которая сохраняет холодные напитки прохладными, а горячие — горячими — и все это в одном устройстве! Но вот что вызывает недоумение — нержавеющая сталь не является хорошим теплоизолятором — на самом деле, это лучший проводник.

Superior Glove поговорил с Полем Фошером, главным инженером NOVO Engineering, чтобы разобраться в этой загадке.

«Бутылка для воды из нержавеющей стали — такой интересный пример, потому что многие люди не осознают, что изоляция не из нержавеющей стали, а из-за вакуума», — пояснил Фаучер. «Бутылка из нержавеющей стали на самом деле представляет собой две бутылки, расположенные одна над другой с небольшим промежутком между ними. Это пространство не содержит воздуха и фактически создает вакуум — именно этот вакуум обеспечивает изоляцию.”

Фаучер продолжил объяснение, что вакуум — один из самых известных изоляторов, но сам воздух также является отличным изолятором и основным фактором, влияющим на изоляционные свойства таких предметов, как прихватки для духовки и изоляция из стекловолокна. Именно воздушные карманы в этих материалах замедляют теплопередачу намного больше, чем сами материалы.

«НАСА фактически использует воздушные карманы, чтобы не дать космическим шаттлам сгореть при возвращении на Землю».

Теплоизоляторы для тканей

Когда дело доходит до теплоизоляционных материалов для тканей, производители всегда боролись за размер и размер.эффективность. Чем крупнее перчатка или предмет одежды, тем лучше изоляционные свойства, но тем неудобнее для человека, который их носит.

«Утеплитель для вашей одежды работает примерно так же, как и для вашего дома — изолирующая ткань соткана вместе с большим пространством для воздуха. Использование полых тканей и их свободное плетение — лучший способ изолировать одежду, но, как и домашняя изоляция, это создает объемный материал, который не всегда практичен для пользователя », — объяснил Адам Бахрет, владелец и ведущий инженер Apex Ridge. консалтинговая компания по проектированию надежности продукции.

«Такие изделия, как стекло и керамика, превращаются в фантастические изоляторы, когда их разбивают на волокна и вплетают в ткань», — поясняет Бахрет. «Одна из самых больших проблем, связанных с изоляционными тканями, предназначенными для удержания тепловой энергии, заключается в том, как добиться этих изоляционных свойств без огромного объема. Такие ткани, как Thinsulate®, успешно справляются с этой задачей, обеспечивая отличную изоляцию в тонкой ткани ».

Одна из самых творческих, но эффективных форм теплоизоляции, с которой когда-либо сталкивался Бахрет, включала в себя оригинальный способ утепления домов в странах третьего мира.Идея невероятно проста, но работает очень хорошо. Стеклянные пивные бутылки используются для создания стены и скрепляются строительным раствором. Полость и круглая форма бутылок делают их отличными теплоизоляторами, а прозрачность бутылок пропускает много естественного света. Это функциональный и экономичный способ построить утепленный дом.

Будущее изоляции

Как будет выглядеть изоляция в будущем? Будут ли открыты новые материалы, которые кардинально изменят способ изготовления и ношения изолирующей одежды? Пол Фошер так считает.

Фактически, Фоше считает, что будущее изоляции уже наступило — это слишком дорого.

«Я думаю, что в будущем вы увидите новые изоляторы с микротрубками и микросферами, основанные на технологии, используемой для производства углеродных нанотрубок (микротрубок). Они будут использоваться для обеспечения желаемых изоляционных свойств тонких, пригодных для носки тканей, пленок и даже формованных деталей », — прогнозирует Фаучер.

«Микропробирки — микроскопически маленькие и прекрасные изоляторы из-за своей полости, которая задерживает воздух.Они очень похожи на пуховые перья, которые также являются полыми, чтобы изолировать тепловую энергию. Любой, у кого есть пуховик, знает, что изоляционные свойства у него отличные. Благодаря своим микроскопическим размерам микротрубки продвигают эту изоляцию на новый уровень, обеспечивая меньший объем и лучшую теплоизоляцию ».

Цена на технологию микропробирок по-прежнему делает ее непрактичной для потребительских целей. По его мнению, по мере снижения цен мы будем видеть все больше и больше подобных технологий, используемых в изоляционных тканях.

Работает ли перчатка с микропробирками для Superior Glove? Вам придется подождать и посмотреть!

Загадка стеклянной бутылки, бутылки из нержавеющей стали и волос белого медведя

Мы наконец вернулись к нашей первоначальной головоломке — что общего у всех этих предметов, что делает их такими прекрасными изоляторами? Если вы прочитали статью и не перешли сразу к основанию, то вы уже знаете, что именно полость обеих бутылок обеспечивает их превосходные изоляционные свойства.Воздух, плохой проводник и хороший изолятор, задерживается в полостях стеклянной бутылки, в то время как бутылки из нержавеющей стали идут еще дальше, создавая вакуум для замедления тепловой энергии.

А как насчет шерсти белого медведя?

Как и пуховые перья, шерсть белого медведя на самом деле полая. Этот полый центр задерживает воздух и изолирует белого медведя от сильного холода Арктики. Наверное, поэтому они всегда выглядят такими счастливыми на морозе!

Ищете перчатки, чтобы зимой сохранить теплоизоляцию рук? Ознакомьтесь с нашей линейкой зимних перчаток!
_____________________________________________________________________________________

Спасибо Полу Фаучеру из NOVO Engineering и Адаму Бахрету из Apex Ridge за их вклад в эту статью.

Пол Фаучер — главный инженер в NOVO Engineering, консалтинговой фирме, которая предоставляет комплексные инженерные услуги по разработке аппаратного и программного обеспечения от концепции до пилотного производства. Фоше имеет разностороннее образование в области машиностроения и физики. Он получил степень бакалавра медицинских наук в Государственном университете Сан-Диего и имеет более 25 лет инженерного опыта.
novoengineering.com

Адам Бахрет — основатель, владелец и ведущий инженер Apex Ridge, инженерной консалтинговой фирмы, специализирующейся на проектировании надежности для разработки продуктов с такими клиентами, как Google, Boeing, Amazon Robotics и Hyundai.Бахрет — эксперт по надежности механических и электрических систем с более чем 20-летним опытом разработки продукции. Он получил степень магистра машиностроения в Северо-Восточном университете и является национально сертифицированным инженером по надежности ASQ, а также членом IEEE.
www.apexridge.com

Зачем нужны изоляционные материалы? | Теплоизоляция и энергосбережение

Обзор главы

Эта глава расширяет идею передачи энергии, которую учащиеся открыли в предыдущей главе.Очень важно укрепить идею о том, что тепло — это передача энергии от теплого объекта или системы к более холодному объекту или окружающей среде. Нам нужна изоляция, чтобы замедлить этот процесс.

В предыдущей главе были представлены концепции тепла и температуры, а также различные способы передачи энергии между объектами. В этой главе рассматривается практическое применение тепла, показано, как мы можем использовать передачу энергии для обогрева наших домов и предотвращения передачи энергии из наших домов зимой.Точно так же изоляция необходима для охлаждения предметов, например холодильника. Учащиеся будут исследовать различные материалы, чтобы определить, какие из них лучше изоляторы или проводники.

1.1 Зачем нужны изоляционные материалы? (1 час)

Задача	Навыки	Рекомендация
Задание: Как работают солнечные водонагреватели?	Изучение, наблюдение, объяснение	CAPS рекомендуется

1.2 Использование изоляционных материалов (5 часов)

Задача	Навыки	Рекомендация
Задание: Держите кофе горячим, а холодные напитки — холодными	Проектирование, групповая работа, выдвижение гипотез, изготовление, рисование, маркировка,	Предлагается
Исследование: Какой изоляционный материал лучший?	Наблюдение, измерение, запись, построение графиков, интерпретация данных	CAPS рекомендуется
Упражнение: Создание хотбокса	Черчение, конструирование, маркировка, изготовление, соблюдение	CAPS рекомендуется
Мероприятие: Сохранение тепла в наших домах	Создание, измерение, запись, построение графиков, интерпретация данных	CAPS рекомендуется

Обратите внимание, что CAPS предлагает сделать хот-бокс ИЛИ построить модель дома.Мы включили оба здесь, чтобы вы могли сделать выбор. На эту главу также отведено много времени, так что вы также можете выполнить обе задачи с учащимися.

Зачем нужны изоляционные материалы?

Тепло — это передача энергии за счет теплопроводности, конвекции или излучения, как мы узнали в предыдущей главе. Часто мы хотим, чтобы эта энергия передавалась на обогрев. Например, когда вы устанавливаете обогреватель в комнате, вы хотите, чтобы энергия передавалась через конвекцию и излучение в комнату, чтобы в комнате стало теплее.

В других ситуациях вы хотите предотвратить передачу энергии. Например, в холодный зимний день нам нужно минимизировать потери тепла из дома, чтобы он оставался теплым. Другие объекты, такие как электрические гейзеры, должны предотвращать передачу энергии в окружающую среду, чтобы вода внутри оставалась теплой. Материалы, которые являются изоляторами, могут замедлять или препятствовать передаче энергии.

Пример того, где мы хотим, чтобы передача энергии происходила в некоторых частях системы, но не допускала ее в других частях, является солнечный водонагреватель.Использование солнечного водонагревателя помогает экономить энергию. Это связано не только с тем, что система эффективно нагревает воду, но мы также используем солнечную энергию, которая является бесплатной, в то время как мы платим за электроэнергию из национальной сети, и это увеличивает потребности страны в электроэнергии.

Мы используем разные материалы в разных ситуациях в зависимости от того, хотим мы или нет передачи энергии. Давайте выясним, почему, и узнаем, как работает солнечный водонагреватель.

Простая демонстрация, показывающая, как работает солнечный водонагреватель.

Учащиеся могут обсудить это в группах, а затем записать свои ответы или сделать это индивидуально.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Изучите следующие схемы, которые показывают, как работает солнечная водная система.
2. Ответьте на следующие вопросы.

Есть несколько различных типов солнечных водонагревателей.Мы рассмотрим наиболее эффективный нагреватель, в котором используются вакуумные трубки.

Солнечный водонагреватель на крыше дома из гофрированного железа. Крупным планом фото солнечного водонагревателя.

На следующей схеме показаны различные части солнечного водонагревателя, о которых мы будем говорить. Холодная вода течет во всасывающую трубу холодной воды, а затем по длинным трубкам, которые называются откачиваемыми трубками . Вода нагревается за счет передачи энергии от Солнца, а затем стекает в резервуар для хранения наверху.Когда кому-то нужна горячая вода в доме, горячая вода течет из выхода горячей воды вниз в дом.

ВОПРОСЫ:

Является ли солнечная энергия примером возобновляемого или невозобновляемого источника энергии?

---

Возобновляемый источник энергии.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Это ссылка на то, что учащиеся рассмотрели в главе 1.

Когда холодная вода течет по трубам, энергия передается воде от Солнца. Что это за отопление?

---

Мы хотим, чтобы в трубчатой ​​части системы происходила передача энергии, поэтому используются специальные материалы, чтобы сделать передачу энергии максимально эффективной.Под трубками находится блестящая поверхность, которая называется отражателем . Как это помогает увеличить количество энергии, которую получает вода в трубках?

---

---

Отражатель представляет собой блестящую поверхность, поэтому он не поглощает тепло, а отражает лучистую энергию Солнца обратно вверх и на трубки, увеличивая количество энергии, которую получает вода в трубках.

Вы видите, что наверху есть резервуар для горячей воды? В этой части системы мы хотим предотвратить передачу энергии наружу. Этот резервуар состоит из внутреннего резервуара и внешнего корпуса. Если бы были только эти два слоя из металла, как могли бы происходить потери тепла от горячей воды во внешнюю среду?

---

Однако кое-что было сделано, чтобы предотвратить эту передачу энергии.Что они сделали, чтобы вода оставалась теплой во время хранения?

---

---

Между внутренним и внешним баком имеется толстый слой изоляции. Это не проводит тепло. Изоляция помогает предотвратить передачу энергии в окружающую среду за счет теплопроводности, поскольку изоляционный материал плохо проводит тепло.

Давайте теперь внимательнее посмотрим на откачанные трубки солнечного водонагревателя.Изучите следующую диаграмму. Вода течет по центральной тепловой трубе . Под каждой трубой находится пластина-поглотитель, заключенная в два слоя трубки.

Вы видите, что есть внутренняя и внешняя трубки? Между этими трубками находится вакуум . Это означает, что энергия Солнца все еще может проходить, чтобы нагреть воду. Однако, когда энергия передается воде, и она нагревается, вакуум препятствует передаче энергии обратно за счет теплопроводности или конвекции.Почему это так?

---

---

Для передачи энергии посредством теплопроводности или конвекции требуется среда, например частицы воздуха. Однако есть вакуум, поэтому он помогает изолировать внутреннюю трубу.

Под тепловой трубкой находится пластина, которая помогает поглощать лучистую энергию Солнца и передавать ее тепловой трубке.Почему он сделан из темного материала, а не из светлого?

---

---

Это связано с тем, что темный материал намного лучше поглощает лучистое тепло и передает его трубе, чем светлый материал.

Вы видите, что вода внизу более прохладная, обозначенная синим цветом, а вода в верхней части трубки более теплая, обозначенная красным цветом? Когда более холодная вода движется вниз, а более теплая вода движется вверх, как это называется?

---

Это движение воды помогает перемещать горячую воду из трубок в резервуар, чтобы холодная вода могла заменить ее.

Считаете ли вы, что солнечный водонагреватель является энергоэффективной системой? Почему?

---

---

Это очень эффективная система, поскольку все материалы тщательно выбраны для улучшения передачи энергии или предотвращения ее, в зависимости от того, что требуется в этой части системы.Это помогает экономить электроэнергию, поскольку солнечная энергия используется для нагрева воды вместо использования электрического гейзера. Это также дешевле, поскольку солнечная энергия бесплатна, за исключением установки самого солнечного нагревателя.

Теперь, когда мы рассмотрели, как разные материалы используются в разных ситуациях, в зависимости от того, хотим ли мы предотвратить передачу энергии или позволить ей происходить, мы собираемся внимательнее взглянуть на то, как мы используем те материалы, которые препятствуют передаче энергии.

Использование изоляционных материалов

Прежде чем мы начнем, напишите собственное определение изолятора тепла.

---

Учащиеся должны написать что-нибудь о том, что он плохо проводит тепло или препятствует передаче энергии.

Какие материалы хорошо работают в качестве изоляторов тепла? Давайте сначала займемся веселым занятием.

Учащиеся должны использовать свои знания о способах передачи энергии, чтобы придумать собственный метод изоляции своих напитков.Позвольте учащимся проявить творческий подход, не давайте им слишком много намеков или предложений. Это упражнение покажет вам, какие учащиеся поняли концепции передачи энергии из предыдущей главы, а какие из них нуждаются в дополнительной помощи.

Есть разные способы управлять этой деятельностью. Вы можете предоставить учащимся подборку материалов, которые вы хотите, чтобы они использовали, или можете попросить их принести свои собственные материалы. Заставляя учащихся приносить свои собственные материалы, они усложняют задачу.Если вы предоставите набор изоляционных материалов, у учащихся будет база для работы, и они с большей вероятностью смогут правильно изолировать напиток с первого раза.

Это упражнение представляет собой введение в использование изоляционных материалов. Учащимся необходимо подумать о том, что они узнали о проводимости, конвекции и излучении, чтобы выбрать различные материалы для своей деятельности.

Попросите учащихся разработать план своей конструкции, прежде чем они будут изолировать свою чашку.Попросите их выдвинуть гипотезу, которую они смогут проверить. Вот несколько гипотез, которые могут выдвинуть учащиеся:

• «Обмотка чашки алюминиевой фольгой предотвратит передачу энергии».
• «Накрытие чашки картоном замедлит потерю тепла».
• «Использование гофрированного картона в качестве изолятора снижает теплопотери»
• «Обернуть чашку слоями газеты предотвратит передачу энергии.«

Затем учащиеся могут проверить свою гипотезу и в конце решить, верна она или нет.

Еще одно упражнение — использовать банки одинакового размера и завернуть их в 3, 6 и 9 слоев газеты. Это ясно показывает, что газета — очень эффективный изолятор, особенно многослойный.

МАТЕРИАЛЫ

• чайник
• 2 одинаковые кружки, металлические или керамические
• чай или кофе
• спиртовой термометр
• изоляционные материалы разные
• таймер или секундомер

ИНСТРУКЦИИ

1. Разделитесь на группы по 3 или 4 человека.
2. Придумайте способ как можно дольше поддерживать чашку чая в тепле. Вы можете использовать любые материалы, которые есть у вас дома или предоставленные вашим учителем.
3. Создайте свой дизайн.
4. Напишите гипотезу для планируемого дизайна.
5. Наполните изолированную чашку кипящим горячим чаем.
6. Измерьте температуру термометром.

7. Держите термометр в чашке и измерьте, сколько времени потребуется для достижения комнатной температуры (примерно 25 ° C)

8. Наполните неизолированную чашку кипящим горячим чаем и определите, сколько времени потребуется для достижения комнатной температуры.
9. Повторите это упражнение, разлив холодный напиток в чашках.

ВОПРОСЫ:

Эти ответы зависят от учащегося, поскольку они основаны на собственном выборе учащимся материалов и температуре окружающей среды во время эксперимента.

Какие материалы вы использовали, чтобы согреть чай?

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Почему вы выбрали именно эти материалы?

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Как вы прикрепили материалы к кружке?

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Нарисуйте помеченную схему вашего дизайна.

Ответ, зависящий от учащегося.

Сколько времени нужно, чтобы чай достиг комнатной температуры (25 ° C)?

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Какие материалы вы использовали для охлаждения холодного напитка?

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Почему вы выбрали именно эти материалы?

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Как вы прикрепили материалы к кружке?

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Нарисуйте помеченную схему вашего дизайна.

Ответ, зависящий от учащегося.

Сколько времени понадобилось вашему холодному напитку, чтобы нагреться до комнатной температуры (25 ° C)?

---

Ответ, зависящий от учащегося.

Почему вы также рассчитали время для неизолированных чашек?

---

---

Неизолированные чашки служат для контроля активности. Без тестирования неизолированных чашек мы не можем быть уверены в том, остыл бы чай (или нагрелся холодный напиток) с той же скоростью без дополнительных изоляционных материалов.

Была ли подтверждена ваша гипотеза?

---

---

Этот ответ будет зависеть от гипотез учащихся. Если они предполагают, что их материал уменьшит теплопотери, и они могут показать, что это так, то их гипотеза верна.Если они предполагают, что их материал уменьшит теплопотери, но чай остывает с той же скоростью, что и контрольный образец, то их гипотеза неверна.

Что вы узнали из своих попыток сохранить теплый напиток горячим, а холодный — прохладным? Некоторые материалы очень хорошо удерживают тепло, а другие — нет. Давайте теперь проведем более формальное исследование некоторых различных материалов, чтобы выяснить, какой из них является лучшим изоляционным материалом.

AIM: Запишите цель расследования.

---

Чтобы исследовать, какие материалы являются изоляторами тепла.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• 4 стакана или банки
• 4 спиртовых термометра
• фольга алюминиевая
• ткань
• газета
• пластик
• чайник
• таймер или секундомер

МЕТОД:

Убедитесь, что слои газеты, пластика и ткани имеют одинаковую толщину, чтобы толщина материала НЕ изменялась при исследовании.

1. Оберните один стакан газетой, один стакан пластиком, один стакан алюминиевой фольгой и четвертый стакан тканью.
2. Вскипятите воду в чайнике.
3. Налейте в каждый стакан по 250 мл кипятка.
4. Поместите термометр в каждый стакан.
5. Измерьте начальную температуру воды, а затем измеряйте температуру воды каждые 5 минут в течение получаса.
6. Запишите измерения в таблицу в разделе результатов.
7. Нарисуйте график, представляющий собранные вами данные.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Запишите результаты в следующую таблицу.

Время (минуты)	Температура стакана из алюминиевой фольги ( ° С)	Температура газеты (° C)	Температура пластика (° C)	Температура ткани (° C)
5
10
15
20
25
30

Используйте следующее пространство, чтобы нарисовать линейный график для каждого типа материала.Вы должны построить каждый график на одном и том же наборе осей.

Во-первых, нам нужно подумать, какие данные помещаются на каждую ось.

Что вы нанесете на горизонтальную ось абсцисс? Это независимая переменная.

---

Что вы нанесете на вертикальную ось Y? Это зависимая переменная.

---

Как вы собираетесь показать разницу между линиями для каждого типа материала на одном графике?

---

Учащиеся могут использовать разные цвета для каждого типа используемого материала.

Независимая переменная (время) должна быть нанесена на горизонтальную ось x, а зависимая переменная (температура) должна быть нанесена на вертикальную ось y. Учащиеся должны нарисовать каждый из четырех графиков один за другим разным цветом, чтобы различать линии. Если они не могут использовать цвет, убедитесь, что они тщательно помечают каждую строку.Фактическая температура воды до того, как она начнет остывать, повлияет на результаты. Также на перепад температуры будет влиять температура окружающей среды в помещении. Важно отметить, что начальное падение температуры происходит быстро, но затем скорость падения температуры уменьшается. Это означает, что форма графика будет убывающей. Учащиеся должны предоставить заголовок для графика, например «График, показывающий снижение температуры с течением времени при использовании различных материалов в качестве теплоизоляционных материалов».«

Вы можете использовать критерии оценки 3 в конце руководства для учителя, если хотите оценить этот график.

АНАЛИЗ:

У какого из ваших графиков самая крутая кривая?

---

Алюминиевая фольга имеет самый крутой изгиб.Это может варьироваться в зависимости от фактической фольги и других материалов, которые вы использовали.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Ответы здесь должны соответствовать результатам учащегося.

Как крутизна кривой говорит вам о том, как быстро материал позволяет теплу уходить из воды?

---

---

Чем круче кривая, тем быстрее падает температура.Крутая кривая показывает, что тепло быстро покинуло воду.

Расположите материалы в порядке от очень хорошего изолятора до плохого изолятора тепла.

---

Ответ, зависящий от активности.

Какой материал лучше всего проводил тепло? Объяснить свой выбор.

---

---

Это зависит от результатов учащегося. Какой бы материал ни позволял наиболее быстрое снижение температуры, он является лучшим проводником тепла, так как это означает, что тепло легко выводится из теплой воды.

Какой материал был лучшим изолятором тепла? Объяснить свой выбор.

---

---

График с самой мелкой кривой — лучший изолятор. Это зависит от того, что наблюдал учащийся во время расследования.

Если бы вам нужно было держать бутылку с водой холодной как можно дольше, какой из 4 материалов вы бы выбрали? Объяснить свой выбор.

---

---

Учащиеся должны предложить изолятор, у которого на их графике была самая пологая кривая.

ВЫВОД:

Напишите заключение этого расследования.

---

Учащиеся должны ответить на вопрос, какой изолятор лучше.Итак, по своим результатам они могут сделать вывод, что это лучший.

Почему ткань — хороший изолятор? Тканые волокна ткани задерживают между собой воздух. Воздух плохо проводит тепло и замедляет потерю тепла через ткань.

Вот несколько разных тканей, а вот крупный план волокон, из которых состоит ткань.

Обычно ткань не используется для согрева наших горячих напитков. Фактически, большинство чашек на вынос сделаны из пенопласта.Пенополистирол — хороший изолятор тепла. Он сделан из полистирола, через который пропущен воздух. Это делает пенополистирол очень легким, а воздушные карманы делают его очень хорошим изолятором.

Узнайте больше об аэрогеле, изоляционном материале космической эры

Очень полезное применение изоляционных материалов — это холодильная камера и горячая камера. Посмотрите на следующее фото холодильника.

Коробка-холодильник.

Ящики-холодильники используются для хранения продуктов в холодном состоянии. Для этого вам нужно положить ледяные блоки вместе с едой. Коробка кулера сделана из толстого слоя пластика. Как это помогает сохранять содержимое внутри прохладным?

---

---

Толстый слой пластика действует как изолятор, предотвращая / сводя к минимуму попадание тепла из окружающей среды в коробку-холодильник, и содержимое остается холодным внутри.

Горячий бокс работает аналогичным образом, но его можно использовать для сохранения тепла в течение длительного времени.Есть много способов построить хот-бокс.

Лучше всего провести это задание в качестве демонстрации. Каждому учащемуся может быть сложно принести в школу необходимое количество одеял и полотенец. Если вы хотите, чтобы учащиеся попробовали это, позвольте им делать это в группах. Попросите учащихся принести в школу полотенце или одеяло, чтобы у каждой группы было достаточно материалов. Пара старых подушек в ящике тоже подойдет.Вы также можете сделать хотбоксы меньшего размера с меньшими коробками и полосками ткани, а не с одеялами и полотенцами. Горячие боксы меньшего размера могут быть недостаточной изоляцией для приготовления еды, поэтому вы можете использовать кубик льда и попытаться сохранить его холодным. Горячий ящик может хранить холодные предметы в холоде, так как он также предотвращает передачу тепла из окружающей среды в ящик.

Это упражнение предоставляет один из способов создания хотбокса. Вы также можете сделать это как проект, в котором учащиеся должны проектировать и создавать свои собственные горячие ящики, и они также могут делать это в группах.

Материалы и инструкции по созданию этого хотбокса представлены только здесь, в Руководстве для учителей, на тот случай, если вы хотите, чтобы учащиеся спроектировали, изготовили и протестировали свой собственный хотбокс, а не тот, который вы сделали в качестве демонстрации.

МАТЕРИАЛЫ:

• большая картонная коробка
• картонная коробка среднего размера (должна поместиться в большую коробку)
• одеяла
• полотенца
• рис и воду довели до кипения около пяти минут.Это продолжит приготовление, если оно хорошо изолировано, и рис будет полностью приготовлен примерно через 40 минут.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Выстелите большую картонную коробку изнутри полотенцами и одеялами. Убедитесь, что внутри достаточно места для картонной коробки среднего размера.
2. Поместите среднюю картонную коробку в середину большей картонной коробки.
3. Оберните несколько маленьких полотенец и одеял с внешней стороны среднего ящика.Плотно упакуйте полотенца и одеяла, чтобы картонная коробка среднего размера не могла двигаться.
4. Поместите горшок с частично приготовленным рисом в картонную коробку среднего размера, оберните горшок газетой, полотенцами и одеялом.
5. Закройте крышку средней картонной коробки.
6. Положите слой полотенец и одеял на закрытую картонную коробку среднего размера, а затем закройте также большую картонную коробку. Сверху положите еще несколько полотенец или одеял.
7. Рис будет продолжать готовиться в горячем ящике.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. В зависимости от вашего учителя, он или она либо сделает горячий ящик для демонстрации в классе, либо вы должны спроектировать и изготовить свой собственный горячий ящик.
2. Горячий бокс должен поддерживать горшок с рисом и водой, доведенный до точки кипения, достаточно горячей для завершения приготовления.
3. Если вы проектируете и изготавливаете горячий бокс самостоятельно или в группе, вам необходимо подумать о том, какие материалы будут лучшими изоляторами для горячего бокса.

ВОПРОСЫ:

Нарисуйте помеченную диаграмму дизайна хотбокса, созданного вами, вашей группой или вашим учителем.

Ответ, зависящий от учащегося.Это связано с тем, что учащиеся делают в области технологий с точки зрения рисования своих дизайнов. Убедитесь, что он помечен и указывает используемые материалы.

Почему вы или ваш учитель использовали специальные материалы для изготовления горячего бокса?

---

---

---

Этот ответ зависит от используемых материалов.Например, полотенца и одеяла являются хорошими изоляторами, потому что воздух задерживается между ткаными волокнами, а также между слоями ткани. Картонная коробка также является лучшим изолятором, чем, например, металлическая коробка или контейнер.

Почему в хотбокс вы положили рис с кипящей водой, а не с холодной водой?

---

---

Блюдо должно быть горячим, чтобы оно могло улавливаться в хотбоксе.Если еда и вода были холодными, хотбокс не позволял нагреваться, и рис не готовился.

Если бы у вас было что-то холодное, и вы хотели бы сохранить его холодным, вы могли бы использовать свой хотбокс? Поясните свой ответ.

---

---

Горячий бокс может дольше сохранять холодные продукты.Это связано с тем, что изолирующие слои предотвращают попадание энергии извне в хотбокс, и поэтому внутри может оставаться прохладным.

Видео о приготовлении пищи на солнечных батареях

Сохранять тепло в наших домах зимой также очень важно, и есть разные способы сделать это. Давайте посмотрим, как утеплены наши дома.

На следующем изображении показано, как теряется тепло из дома, с использованием цветовой шкалы, чтобы показать, сколько тепла теряется. Красный цвет представляет области с высокой передачей энергии, желтый — со средней, а зеленый и синий — с областями с низкой передачей энергии.

Какие части дома теряют больше всего тепла?

---

Окна, дверь и крыша.

Как теряется тепло в этих местах?

---

Конвекция также охлаждает дом, холодный воздух всасывается через отверстия в дверях и окнах и циркулирует по всему дому. Часть тепла теряется из-за излучения через стены, крышу и окна.Давайте теперь создадим наши собственные модельные дома, чтобы увидеть, как мы можем предотвратить потерю тепла.

Теперь учащиеся будут делать модели домов. Шаблон включен ниже. Если можете, сделайте копии шаблона для учащихся, так как это сэкономит время в классе, желательно на бумаге формата A3. Если вы не можете сделать ксерокопию шаблона, попросите учащихся начертить его на листе бумаги. Учащиеся могут выбрать количество окон в доме. Учащиеся могут использовать более толстый или более тонкий картон для стен и крыши.Они могут использовать ткань или вату на крыше и на полу. Им следует попробовать разные вещи, чтобы отрегулировать внутреннюю температуру своего модельного дома. Отверстия для окон можно было заклеить скотчем, имитирующим стекло.

В качестве дополнительного упражнения, если у вас достаточно времени в классе, было бы неплохо, чтобы каждый учащийся или группа учащихся построили несколько разных моделей. Каждая модель может иметь разное количество окон и использовать разные методы теплоизоляции.Если у вас недостаточно времени в классе для каждой группы, чтобы выполнить более одной модели, предложите различным учащимся или группам учащихся использовать разные модели, а затем попросите группы сравнить свои результаты с результатами других групп.

МАТЕРИАЛЫ:

• шаблон домика
• бумага и картон
• клей
• липкая лента
• кусочков ткани или ваты
• дырокол
• ножницы
• термометр
• лампа (имитирующая солнечный свет)
• таймер или секундомер

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Ваш учитель может предоставить вам шаблон большого домика, который вы сможете вырезать.Если нет, скопируйте следующий шаблон на большой кусок картона или создайте свой собственный шаблон для изготовления дома.

1. Вырежьте небольшое отверстие в крыше с помощью дырокола. Это для термометра.
2. Выберите количество окон в вашем доме.
3. Вырезать окна. Заклейте отверстие скотчем, чтобы он действовал как стекло.
4. Вырежьте кусок ткани для пола.
5. Приклейте ткань к полу вашего модельного дома.
6. Согните по пунктирным линиям, а затем склейте затененные створки вместе, чтобы получился домик. Сверху разместите крышу.
7. Вставьте термометр через крышу.
8. Установите лампу так, чтобы она светила прямо на дом вашей модели. Альтернативный вариант — поставить дома на солнечном месте. Это будет зависеть от погоды.
9. Снимайте показания температуры каждые 5 минут в течение получаса.
10. Выключите лампу или вынесите модель из-под солнца и измерьте температуру по мере остывания дома, измеряйте каждые 5 минут в течение получаса.

В качестве дополнения спросите учащихся, что они могут сделать со своими модельными домами, чтобы предотвратить потери тепла? Попробуйте и проверьте это. Пример того, что могут сделать учащиеся, — выстелить внутреннюю часть дома ватой, а затем повторить эксперимент, чтобы увидеть, имеет ли это значение.

Время (минуты)	Температура (° C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60

Нарисуйте линейный график зависимости температуры от времени.Не забудьте указать заголовок для вашего графика.

Этот график представляет собой линейный график. Время должно быть по горизонтальной оси, а температура — по вертикальной оси. Температура должна повыситься, а затем достичь постоянной температуры. Когда лампа выключена, температура должна снизиться, а затем снова достичь стабильной температуры.

ВОПРОСЫ:

Почему ваш модельный дом нагрелся, когда на него светила лампа или когда он был помещен на солнце? Используйте свои знания о радиации, проводимости и конвекции в своем объяснении.

---

---

---

Энергия лампы (Солнца), передаваемая излучением модельному дому. Стены дома проводили энергию внутрь дома. Конвекция более теплого воздуха внутри дома обеспечила прогрев всего дома.

Почему ваш модельный дом остыл, когда лампа была выключена, или вы вернули свою модель внутрь подальше от Солнца? Используйте свои знания о радиации, проводимости и конвекции в своем объяснении.

---

---

---

Теплый воздух внутри модельного дома поднимается к крыше за счет конвекции. Энергия теплого воздуха передается наружу, потому что она проходит через крышу, стены и окна.

Что вы могли бы изменить в своем модельном доме, чтобы замедлить передачу энергии, чтобы в доме не было слишком жарко или слишком холодно?

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.Каждый модельный дом потребует различных вмешательств, чтобы улучшить их изоляцию. Кто-то может предложить меньше окон, кто-то может предложить использовать ткань на стенах или утолщить стены с помощью картона.

Подумайте о своем собственном доме. Как вы думаете, что можно сделать, чтобы улучшить теплоизоляцию вашего дома зимой?

---

---

Ответ, зависящий от учащегося.Ответы будут зависеть от социально-экономических условий учащихся. Предложения могут варьироваться от установки ковров и двойного остекления до использования ткани или картона для герметизации щелей под дверями.

Будут ли предложения, сделанные вами в предыдущем вопросе, работать и на лето? Поясните свой ответ.

---

---

Изоляторы предотвращают выход тепла из дома, но в то же время они также предотвращают попадание тепла в дом.Это означает, что дом не должен принимать столько тепла летом, но зимой тепло остается внутри.

Здесь вы также можете объяснить некоторые новые строительные нормы и правила, например, требование о том, чтобы окна были с двойным остеклением, если они занимают большие площади в доме. Это необходимо для предотвращения потери энергии.

Из предыдущей главы вы узнали, что темные матовые поверхности хорошо поглощают излучение.Светлые блестящие поверхности плохо поглощают и могут отражать излучение. Эти свойства очень важны при выборе изоляционного материала. В очень жарком климате, например в Греции, местные жители красят свои дома в белый цвет, потому что стены не поглощают столько тепла в течение дня и, следовательно, остаются прохладнее внутри. Также учитывается положение дома по отношению к восходу и заходу Солнца. Например, люди будут строить свои дома в стороне от прямых солнечных лучей, если они живут в очень жарких местах.

Дома в Греции выкрашены в белый цвет, чтобы сохранять прохладу жарким летом.

Давайте посмотрим, как в некоторых домах коренных жителей Южной Африки используются изоляционные материалы в конструкции дома.

Дома коренных народов

У коренных жителей Южной Африки есть много разных способов утеплить свои дома. Вот несколько фотографий разных домов разных групп коренных народов.

Зулусский дом с соломенной крышей.Дом ндебеле.

Вы заметили, что в домах нет окон или окна очень маленькие? Окна позволяют большому количеству тепла уходить из здания, поэтому в этих конструкциях они скорее не учитываются. Крыши сделаны из соломы, которая плохо проводит тепло. Мы знаем, что большая часть тепла в доме теряется через крышу, поэтому использование изоляционного материала в крыше помогает минимизировать потери тепла в холодную погоду и приток тепла в жаркую погоду.

Крыши также выступают за стены, образуя выступ.Свес помогает затенять стены летом, но зимнее солнце все еще может проникать под свес. Стены тоже очень толстые. Как вы думаете, как это помогает?

Толщина помогает снизить теплопотери за счет теплопроводности. Это сохраняет дома прохладнее летом и теплее зимой.

Вас интересуют энергоэффективные здания? Узнайте больше об этом в Совете по экологическому строительству Южной Африки.http://www.gbcsa.org.za/

Теперь мы увидели, как наши знания об изоляционных материалах могут быть применены в мире вокруг нас, чтобы найти решения для предотвращения потерь тепла. Помните, вам будет любопытно узнать о возможностях.

• Тепло передается за счет теплопроводности, конвекции и излучения
• В некоторых случаях предпочтительна передача тепла, например, от обогревателя в воздух в помещении.
• В других системах необходимо минимизировать или предотвратить передачу тепла.
• Изоляционные материалы используются для сведения к минимуму потерь тепла от систем.
• Металлы — хорошие проводники тепла. Неметаллические материалы — хорошие изоляторы тепла. Неметаллы используются в качестве изоляционных материалов.
• Мы используем изоляторы, чтобы сохранять в наших домах тепло зимой и прохладу летом. Это помогает экономить энергию и электричество.
• В домах коренных народов на юге Африки используются изоляционные материалы, обеспечивающие энергоэффективность в нашем климате.

Концептуальная карта

Заполните следующую концептуальную карту, указав три способа передачи энергии.

Что такое изолятор? [1 балл]

---

Изолятор — это вещество, которое препятствует передаче через него энергии (тепла или электричества).

Верны ли следующие утверждения? Если они неверны, объясните, почему:

1. Чайный уют защищает от холода. [2 балла]

---

Неверно.Чайный уют предотвращает передачу тепла от чая в окружающую среду.

Примечание: «Холодный» не может быть передан. Холод — это мера температуры.

Космос пуст, поэтому передача энергии между Землей и Солнцем невозможна. [2 балла]

---

Неверно.Солнце нагревает землю радиацией, которая может распространяться в вакууме.

В холодный день теплоизоляционная одежда снижает передачу энергии от вашего тела к окружающей среде. [2 балла]

---

Мужчина строит деревянный дом.Он живет в очень холодном районе, особенно зимой. У него есть место для одного окна. У него есть два варианта. Он может вставить большое окно с одной стеклянной панелью или он может вставить меньшее окно, в котором есть две стеклянные панели, разделенные небольшим воздушным пространством, заключенным между ними. Как вы думаете, какое окно ему следует использовать? Почему вы выбрали это окно? [3 балла]

---

---

---

Ему следует использовать меньшее окно с двойным остеклением, так как он должен предотвратить потерю тепла в холодной среде.Воздушное пространство замедляет теплопотери из-за теплопроводности, потому что воздух плохо проводит тепло. Кроме того, меньшее окно означает меньшую площадь поверхности для отвода тепла.

Кофе на вынос часто подают в бумажных стаканчиках с гофрированным картоном снаружи. Почему используются эти материалы? [4 балла]

---

---

---

---

---

Кофе очень горячий, и необходимо уменьшить передачу энергии в окружающую среду, чтобы он дольше оставался горячим.Бумага плохо проводит тепло. Гофрированный картон обеспечивает прослойку воздуха между картоном и чашкой. Воздух плохо проводит тепло. Это означает, что меньше энергии передается от кофе рукам человека и окружающей среде. Рифленый также означает, что площадь контакта между пальцами человека и чашкой меньше. поэтому проводимость меньше, поэтому человек с меньшей вероятностью обожжет пальцы.

Вы разработали новый материал для изоляции кофейных чашек.Вы надеетесь заработать на этом новом материале, но вам нужно проверить, работает ли он лучше, чем другие материалы. Вы устраиваете слепой тест, чтобы убедить группу людей, которые могут инвестировать в вашу новую компанию, чтобы вы могли ее развивать.

Ученому, проводящему тест, дается 4 разных материала, помеченных A, B, C и D. Один из 4 материалов — это ваш новый материал, который вы разработали, но она не знает, какой именно. Это называется слепым тестом. Она берет 4 стакана и оборачивает каждый разным материалом.Она наливает горячую воду в каждый стакан. Она измеряет температуру воды в начале эксперимента и снова через 30 минут.

В следующей таблице показаны результаты ее эксперимента.

Время (минуты)	Материал A (° C)	Материал B (° C)	Материал C (° C)	Материал D (° C)
0	70	70	70	70
30	34	30	50	48

1. Какая независимая переменная для этого эксперимента? [1 балл]

   ---

2. Какая зависимая переменная для этого эксперимента? [1 балл]

   ---

3. Нарисуйте гистограмму собранного материала.Отобразите начальную и конечную температуры для каждого материала в виде отдельных столбцов. [8 баллов]

4. Результаты эксперимента показали, что ваш материал — лучший изолятор. Исходя из результатов, какой материал (A, B, C или D) ваш? [2 балла]

   ---

5. Откуда ты знаешь? [2 балла]

   ---

   ---

1. Тип материала — независимая переменная.

2. Температура воды является зависимой переменной.

3. Вот пример графика. Оценки распределяются следующим образом:

   0,5 балла за каждую полосу [0,5 х 8 = 4 балла]

   Соответствующая рубрика [1 балл]

   По 1 отметке в каждом заголовке осей [1 x 2 = 2 отметки]

   Размещение правильных переменных на каждой оси.[1 балл]

4. Материал C — это ваш материал.

5. Материал C показывает наименьшее падение температуры, что означает, что материал препятствовал передаче большей части энергии в окружающую среду.

Как толстый шерстяной трикотаж помогает предотвратить потерю тепла? [2 балла]

---

---

---

---

---

Шерсть трикотажа действует как изоляционный материал, поскольку плохо проводит тепло.Плотный трикотаж также удерживает слой воздуха вокруг тела. Энергия от тела передается этому воздуху посредством проводимости. Этот теплый воздух не может оторваться от тела из-за густой шерсти. Волокна шерсти задерживают воздух, а воздух плохо проводит тепло.

Посмотрите на следующую фотографию, показывающую внутреннюю часть потолка в строящемся доме.Вы видите розовый материал?

Потолок в строящемся новом доме.

1. Как вы думаете, для чего это нужно? [1 балл]

   ---

2. Как это будет работать? [2 балла]

   ---

   ---

3. Как вы думаете, в каком климате строится этот дом? Почему? [2 балла]

   ---

   ---

1. Розовый материал — изолятор, предотвращающий потерю тепла.

2. Материал плохо проводит тепло и поэтому сводит к минимуму передачу тепла из воздуха в доме через крышу наружу. Материал также задерживает в себе воздух, и воздух также плохо проводит тепло, увеличивая изоляцию.

3. Вероятно, он строится в условиях холодного климата, так как принимаются дополнительные меры по снижению потерь тепла из дома.

Марафонцам в конце длинного забега часто выдают термоодеяла, которые сделаны из пластика и имеют блестящую поверхность. Это очень тонкое легкое одеяло вообще не выглядит очень теплым.

1. Как вы думаете, это работает? [2 балла]

   ---

   ---

2. Можно подумать, что для этой цели лучше подойдет шерстяное одеяло.Как вы думаете, почему организаторы гонок предпочитают использовать эти пластиковые одеяла? [2 балла]

   ---

   ---

1. Пластик — изолятор. Во время забега тела бегунов сильно нагреваются, поэтому их тела пытаются остыть за счет потоотделения. Если все это тепло выйдет из их тел, бегуны остынут слишком быстро, что приведет к судорогам и их может заболеть.Пластик задерживает тепло под одеялом. Отражающая поверхность не позволяет одеялу излучать тепло в окружающую среду.

2. Это доступно для интерпретации учащимися. Основная причина в том, что пластиковые одеяла намного дешевле и одноразовые, а поскольку они могут раздавать их многим бегунам, это более экономично.

Изучите следующую схему, на которой показаны части, составляющие систему солнечного нагрева воды.Это другой тип, нежели тот, который мы рассматривали в начале главы. В этом солнечном водонагревателе вместо откачанных трубок установлена ​​плоская солнечная панель, называемая коллектором.

>

1. Из каких частей состоит эта система? [3 балла]

   ---

2. Почему имеет смысл иметь выпускную трубу для бака, чтобы идти к солнечной панели в нижней части бака? [2 балла]

   ---

   ---

3. Как вы думаете, почему кран находится в верхней части резервуара? [2 балла]

   ---

   ---

4. Какое покрытие, по вашему мнению, должно быть у этого резервуара, чтобы сделать его наиболее эффективной системой? [2 балла]

   ---

   ---

1. Бак, соединительные трубы и нагреватель солнечной панели.

2. Это связано с тем, что по мере охлаждения вода в резервуаре движется ко дну (конвекционный поток), поэтому нижняя труба направляет эту воду в нагреватель для повторного нагрева.

3. Как и в предыдущем вопросе, теплая вода перекачивается из солнечного нагревателя в верхнюю часть бака.Теплая вода собирается в верхней части резервуара по мере подъема теплой воды (конвекционный поток). Таким образом, имеет смысл установить кран в верхней части резервуара для сбора теплой воды. Если бы кран был внизу, вода была бы холоднее.

4. Он должен быть покрыт изоляционным материалом для сохранения тепла внутри воды и уменьшения потерь тепла в окружающую среду за счет теплопроводности.

Итого [48 баллов]

Материалы и методы теплоизоляции зданий

Что такое теплоизоляция зданий?

В целом, люди, живущие в жарких регионах, хотят сделать свою внутреннюю атмосферу очень прохладной, так же как люди, живущие в холодных регионах, хотят более теплой атмосферы внутри.Но мы знаем, что передача тепла происходит из более горячих областей в более холодные. В результате происходит потеря тепла. Чтобы преодолеть эту потерю в зданиях, предусмотрена теплоизоляция для поддержания необходимой температуры внутри здания. Цель теплоизоляции — минимизировать теплопередачу между внешней и внутренней частью здания.

Материалы и методы теплоизоляции зданий

На рынке доступно множество видов теплоизоляционных материалов:

1. Изоляция плит или блоков
2. Одеяло изоляционное
3. Сыпучая изоляция
4. Изоляционные материалы летучей мыши
5. Изоляционные плиты
6. Светоотражающие листовые материалы
7. Легкие материалы

1.Изоляция плит или блоков

Блоки изготовлены из минеральной ваты, пробковой доски, пеностекла, пористой резины или опилок и т. Д. Они крепятся к стенам и крыше для предотвращения потери тепла и поддержания необходимой температуры. Эти доски доступны размером 60 см x 120 см (или больше) с толщиной 2,5 см.

2. Изоляция одеяла

Изоляционные материалы для одеял доступны в форме одеял или в виде рулонов бумаги, которые накидываются прямо на стену или потолок.Они гибкие и имеют толщину от 12 до 80 мм. эти одеяла сделаны из шерсти животных, хлопка или древесных волокон и т. д.

3. Изоляция с неплотным заполнением

В стене предусмотрено место для стоек, где должны быть окна и двери. В этом подрамнике стены предусмотрена рыхлая засыпка изоляционными материалами. Материалы: минеральная вата, древесноволокнистая вата, целлюлоза и т. Д.

4. Изоляционные материалы летучей мыши

Они также доступны в виде рулонов полотна, но изолирующие рулоны летучей мыши имеют большую толщину, чем материалы типа полотна.Они также распространяются по стенам или потолку.

5. Изоляционные плиты

Изоляционные плиты изготавливаются из древесной массы, тростника или других материалов. Эта пульпа сильно прессуется с некоторым напряжением при подходящей температуре, чтобы сделать ее сплошной плитой. Они доступны на рынке во многих размерах. И они обычно предусмотрены как для внутренней облицовки стен, так и для перегородок.

6. Светоотражающие листовые материалы

Светоотражающие листовые материалы, такие как алюминиевые листы, гипсовые панели, стальные листы. Материалы будут иметь большую отражательную способность и низкую излучательную способность.Итак, эти материалы обладают высокой термостойкостью. Тепло уменьшается, когда солнечная энергия ударяет и отражается. Они фиксируются снаружи конструкции, чтобы предотвратить попадание тепла в здание.

7. Легкие материалы

Использование легких заполнителей при приготовлении бетонной смеси также дает хорошие результаты в предотвращении потерь тепла. Бетон будет иметь большую термостойкость, если он будет сделан из легких заполнителей, таких как доменный шлак, вермикулит, заполнители обожженной глины и т. Д.

Другие общие методы теплоизоляции зданий

Без использования каких-либо теплоизоляционных материалов, как указано выше, мы можем получить теплоизоляцию следующими способами.

• Обеспечивая затемнение крыши
• По высоте потолка
• Ориентация здания

8. Затенение крыши

Обеспечивая затемняющую крышу здания в месте, где солнце напрямую падает на здание в часы пик, мы можем уменьшить тепло за счет затемнения крыши.Для притенения необходимо обеспечить точный угол наклона для предотвращения попадания солнечного света.

9. По высоте потолка

Тепло поглощается потолком и излучается вниз, в здание. Но следует отметить, что вертикальный градиент интенсивности излучения незначителен за пределами от 1 до 1,3 м. Это означает, что он может перемещаться на расстояние от 1 до 1,3 м вниз от потолка. Таким образом, установка потолка на высоте от 1 до 1,3 м от высоты человека снизит потери тепла.

10. Ориентация здания

Ориентация здания по отношению к солнцу очень важна. Таким образом, здание должно быть ориентировано таким образом, чтобы не подвергаться большим тепловым потерям.

Что такое теплоизоляция — Теплоизолятор

Пример — потеря тепла через стену

Основной источник потерь тепла из дома — через стены. Рассчитайте скорость теплового потока через стену площадью 3 м x 10 м (A = 30 м ² ).Стена толщиной 15 см (L ₁ ) сделана из кирпича с теплопроводностью k ₁ = 1,0 Вт / м · К (плохой теплоизолятор). Предположим, что температура внутри и снаружи 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. Обратите внимание, что эти коэффициенты конвекции сильно зависят, особенно от внешних и внутренних условий (ветер, влажность и т. Д.).).

1. Рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту неизолированную стену.
2. Теперь предположим, что теплоизоляция на внешней стороне этой стены. Используйте пенополистирольную изоляцию толщиной 10 см (L ₂ ) с теплопроводностью k ₂ = 0,03 Вт / м.К и рассчитайте тепловой поток ( потери тепла ) через эту композитную стену.

Решение:

Как уже было написано, многие процессы теплопередачи включают композитные системы и даже включают комбинацию теплопроводности и конвекции.С этими композитными системами часто удобно работать с общим коэффициентом теплопередачи , , известным как U-фактор . Коэффициент U определяется выражением, аналогичным закону охлаждения Ньютона :

Общий коэффициент теплопередачи связан с общим тепловым сопротивлением и зависит от геометрии проблемы.

1. голая стена

Предполагая одномерную теплопередачу через плоскую стенку и не принимая во внимание излучение, 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

Тепловой поток можно рассчитать просто как:

q = 3,53 [Вт / м ² K] x 30 [K] = 105,9 Вт / м ²

Суммарные потери тепла через эту стену будут:

q _убыток = q. A = 105,9 [Вт / м ² ] x 30 [м ² ] = 3177 Вт

2. композитная стена с теплоизоляцией

Предполагая одномерную теплопередачу через плоскую композитную стенку, отсутствие теплового контактного сопротивления и без учета излучения, общий коэффициент теплопередачи можно рассчитать как:

Тогда общий коэффициент теплопередачи равен:

U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 0,1 / 0,03 + 1/30) = 0,276 Вт / м ² K

Тепловой поток можно рассчитать просто как:

q = 0,276 [Вт / м ² K] x 30 [K] = 8,28 Вт / м ²

Суммарные потери тепла через эту стену будут:

q _убыток = q. A = 8,28 [Вт / м ² ] x 30 [м ² ] = 248 Вт

Как видно, добавление теплоизолятора приводит к значительному снижению тепловых потерь. Его надо добавить, добавление следующего слоя теплоизолятора не дает такой большой экономии.Это лучше всего видно из метода термического сопротивления, который можно использовать для расчета теплопередачи через композитных стен . Скорость устойчивой теплопередачи между двумя поверхностями равна разнице температур, деленной на общее тепловое сопротивление между этими двумя поверхностями.

Как изоляция дома помогает снизить расходы на электроэнергию

Осенние месяцы приносят всевозможные развлечения — разноцветная листва, праздничные праздники, первый уютный снегопад.Но есть одна функция, которая не так уж интересна? Увеличение счетов за электроэнергию по мере того, как температура снижается и термостат срабатывает.

По данным Министерства энергетики США, 49% счетов за электроэнергию в доме тратится на отопление и охлаждение. Одна из основных причин, по которой ваши счета за электроэнергию могут резко возрасти в зимние месяцы (а также летом, когда включен кондиционер), заключается в том, что ваш дом не изолирован должным образом. Хорошо изолированный дом — это верный способ помочь контролировать счет за электроэнергию, а энергоэффективный дом также лучше для окружающей среды.Так как же изоляция дома снижает счета за электроэнергию? Давайте взглянем.

Что такое изоляция дома?

Любая изоляция преследует одну и ту же цель: уменьшить передачу тепла в ваш дом или из него. Существует множество различных типов изоляционных материалов (стекловолокно, полистирол, минеральная вата и т. Д.) И способов их нанесения (напыляемая пена, насыпная шпатлевка, рулоны ватина и т. Д.), И правильный тип изоляции зависит от ваш дом и потребности.

Как работает изоляция?

Это простая концепция: изоляция работает, задерживая крошечные карманы воздуха, чтобы замедлить перемещение тепла из дома зимой и в дом летом.Насколько хорошо он это делает, измеряется числом, называемым «R-value», и чем выше это число, тем лучше изоляция сопротивляется теплопередаче, то есть при условии, что она установлена ​​правильно.

Вам нужна новая изоляция?

По данным Североамериканской ассоциации производителей изоляционных материалов (NAIMA), 90% односемейных домов в США недостаточно изолированы, поэтому велики шансы, что в вашем доме можно будет поработать. Особенно уязвимы дома, построенные до 1960 года.

Лучший способ определить, насколько устойчива ваша изоляция, — это оценить существующую изоляцию (ее тип и толщину) и сравнить ее R-значение с U.S. Рекомендации Министерства энергетики для вашего местоположения.

Некоторые способы сделать это включают осмотр любых незавершенных стен и потолков, чтобы убедиться, что они изолированы, или снятие крышки электрической розетки и осмотр окружающей полости стены (убедитесь, что электричество выключено). Также рекомендуется поискать физические признаки плохой изоляции:

• Сильно ли различается температура от комнаты к комнате (что может сигнализировать о проблеме в одной части дома)?
• Ваши счета за электроэнергию слишком высоки при обогреве или охлаждении вашего дома?
• У вас зимой с крыши свисают сосульки (потенциальный признак недостаточно изолированного чердака)?
• Вам также следует проверить наличие сквозняков, которые являются признаком утечки воздуха, часто вокруг окна или вентиляционного отверстия сушилки (лучшая изоляция не имеет значения, если у вас есть утечки).Для получения профессиональных результатов вы можете попросить квалифицированного домашнего энергоаудитора провести оценку энергопотребления всего дома, которая будет включать проверку изоляции.

Стоимость изоляции дома и экономия энергии

В то время как некоторые могут возражать против качественной изоляции — модернизация чердака может стоить от 1000 до 2000 долларов и более, — расходы должны окупиться. «Это самый разумный способ инвестирования, о котором я знаю», — говорит генеральный подрядчик This Old House Том Сильва. «В хорошо утепленном доме вам будет комфортнее в любое время года.И еще тише ».

По оценкам EPA, средний домовладелец может сэкономить 15% на расходах на отопление и охлаждение (11% от общих затрат на электроэнергию), добавив изоляцию на чердаках, в подвальных помещениях и на балках по периметру подвала. Для большинства это около 200 долларов экономии в год. В более холодных частях страны, например, в шестой и седьмой климатических зонах, экономия увеличивается до 20%. Поскольку средняя стоимость большинства типов изоляции колеблется от 0,20 до 0,50 доллара за квадратный фут, вы можете посчитать, какую экономию вы получите со временем после обновления изоляции вашего дома.

Вот еще одна причина: дома с хорошей теплоизоляцией часто имеют более высокую рыночную стоимость. По оценкам последних исследований, в целом после установки стекловолоконной изоляции на чердаке вложения в стоимость вашего дома окупаются. Кроме того, вы можете иметь право на налоговые льготы для финансирования обновления; хотя они могут меняться, поэтому лучше поговорить с квалифицированным составителем налоговой отчетности, чтобы понять действующие правила.

Где установить изоляцию в вашем доме

Проведение энергоаудита вашего дома даст вам лучшее представление о том, на чем следует сосредоточить модернизацию изоляции.Хотя для большинства домов — опять же, особенно для домов, построенных до 1960 года — можно с уверенностью сказать, что чердак — это место для начала.

Вам нужно установить изоляцию в пространстве между балками пола и над ними, чтобы защитить жилые помещения под ними. Вы также должны убедиться, что все внешние стены, стены между домом и неотапливаемыми помещениями (например, пристроенный гараж), а также полы над неотапливаемыми помещениями (например, подполья) должным образом изолированы.