Теплопроводность пеноплекса: коэффициент теплопроводности, описание, технические характеристики, паропроницаемость материала

коэффициент теплопроводности, описание, технические характеристики, паропроницаемость материала

Содержание

• 1 Описание материала – пеноплэкс
• 2 Достоинства и недостатки пеноплекса
• 3 Виды и размеры теплоизоляционных плит
  • 3.1 Основа
  • 3.2 Комфорт
  • 3.3 Фасад
• 4 Технические характеристики
  • 4.1 Плотность
  • 4.2 Теплопроводность
  • 4.3 Токсичность
  • 4.4 Горючесть
  • 4.5 Область применения
  • 4.6 Сведения об упаковке
• 5 Отечественные аналоги материала
  • 5.1 Техноплекс
  • 5.2 Полиспен
• 6 Таблица характеристик

Инновационный утеплитель, обладающий высокими техническими характеристиками, позволяющий максимально сохранить тепло в доме, создать комфортную атмосферу – экструдированный пенополистирол. Способствует этому низкий коэффициент теплопроводности, высокая влагостойкость, достаточная плотность теплоизолятора. Известная марка материала – пеноплэкс. С таким материалом фундамент, кровля, стены будут надежно защищены от теплопотерь.

Описание материала – пеноплэкс

Инновационный утеплитель для создания комфортной атмосферы в доме.

Утеплитель представляет собой плиты, состоящие герметичных мелких ячеек, благодаря чему показатель водопоглощения практически равен нулю. Плотность и теплопроводность материал получает благодаря особому методу производства. Для изготовления плит используют пенополистирол. Гранулы помещаются в экструдер, где под воздействием температуры и давления материал вспенивается. Затем он пропускается через фильеры, которые придают теплоизолятору форму плит. В результате получается утеплитель с высокими техническими показателями.

Достоинства и недостатки пеноплекса

Материал имеет плюсы и минусы, которые зависят от свойств утеплителя. Популярность утеплитель получил благодаря следующим качествам:

1. Низкая теплопроводность. Коэффициент теплопроводности самый низкий среди всех утеплителей, благодаря чему теплоизоляционный материал используется в регионах с экстремально низкой температурой.
2. Малая паропроницаемость делает утеплитель эффективным в плане теплоизоляции, в то же время заниженный показатель приводит к образованию конденсата, что негативно влияет на атмосферу внутри помещения и качественные свойства материала.
3. Длительный срок эксплуатации. Пеноплекс прослужит более 40 лет.
4. Высокая прочность, что делает плиты устойчивыми к механическому, химическому, атмосферному воздействию.
5. Простота монтажа. Крепление плит происходит с минимальными трудовыми затратами. Справится с процедурой утепления даже неопытный человек.
6. Отличное соотношение цена-качество.

В одном материале удалось соединить массу достоинств. При этом пеноплекс имеет и недостатки, ограничивающие сферу применения материала. Пользователи выделяют следующие минусы:

1. Высокая степень пожароопасности. Категория зависит от марки утеплителя и варьируется от Г1 до Г4. Утеплитель легко воспламеняется, при этом способен самостоятельно затухать. Токсичность выделяемого при горении дыма опасна для здоровья человека.
2. Плохие адгезивные свойства. Теплоизолятор плохо сцепляется с основанием, поэтому важно применять дополнительные крепления при монтаже.
3. Невысокая степень устойчивость к ультрафиолетовому излучению. Солнечные лучи негативно влияют на показатели утеплителя, поэтому важно быстро защитить поверхность отделочным слоем.
4. Привлекательность для грызунов. Чаще всего вредители грызут материал, если он преграждает им путь к воде и еде. Для решения проблемы используют мелкоячеистую металлическую сетку.
5. По стоимости материал не самый дешевый. Он находится в среднем ценовом сегменте. В целях экономии приобретают более дешевые варианты, к примеру, пенопласт.

Детальное описание пеноплекса позволяет оценить, насколько рационально применение утеплителя для каждой конкретной ситуации, поэтому перед теплоизоляцией следует внимательно изучить паспорт материала.

Виды и размеры теплоизоляционных плит

В зависимости от цели использования пеноплекса для дома и сада, подбирается наиболее подходящий вид материала. Виды утеплителя отличаются по характеристикам и размерам, поэтому важно правильно определить наиболее подходящую марку.

Основа

Пеноплекс Основа подойдет для утепления стен и кровель, в том случае, если на них не воздействуют большие нагрузки. Этому виду присущи важные качества: низкая теплопроводность и водопоглощение, высокая прочность, устойчивость к гниению. Плотность материала зависит от толщины плит. Данный вид представлен в 5 видах:

• 2 см;
• 3 см;
• 4 см;
• 5 см;
• 10 см.

Габариты плиты имеют следующие: длина – 11,85 см.; ширина – 5, 85 см. Срок использования составляет до 50 лет.

Комфорт

С помощью данного вида утепляют цоколь, стены и кровлю. Плиты пеноплэкс Комфорт используют для теплоизоляции лоджий, балконов, теплиц и инженерных коммуникаций. Утеплитель переносит температурные перепады, устойчив к образованию плесени и грибка, прост в монтаже благодаря особой системе крепления. Температурный диапазон эксплуатации ТУ с -70 до +75°С. Другие характеристики выглядят следующим образом: прочность на сжатие – 15 МПа, 25 кг/м³ – плотность материала.

Фасад

Пеноплекс Фасад предназначен для внутренних и наружных теплоизоляционных работ. Поверхность плит фрезерованная, что позволяет улучшить сцепление с поверхностью, облегчить процедуру финишной отделки. Материал представлен плитами различной толщины. Плотность материала 25-33 кг/м³. Фасадный утеплитель может использоваться для утепления внутренних стен и перегородок, благодаря своей экологичности.

Существуют и другие виды экструдированного пенополистирола. Пеноплекс, имеющий плотность 35, 45, чаще используется для изоляции ограждающих конструкций. Допустимо утепление конструкций, на которые воздействуют большие нагрузки. Также распространены Гео penoplex, фундамент penoplex, кровля penoplex. При выборе вида учитываются все особенности, а также обращается внимание на соответствие утеплителя требованиям ГОСТ.

Технические характеристики

Технические показатели материала обусловлены особой технологией изготовления утеплителя. Характеристики отличаются для разных марок. Ключевыми характеристиками считаются плотность, теплопроводность, горючесть, паропроницаемость.

Плотность

При покупке следует обращать внимание на плотность.

Пеноплекс плотность имеет высокую. Показатель варьируется в зависимости от марки и составляет 25-45 кг/м³. Данная характеристика важна, но более существенной считается прочность на сжатие. Именно эта характеристика влияет на сферу применения утеплителя. Для теплоизоляции стен достаточно прочности в 0,12 МПа, для фундамента потребуются плиты с показателем 0,3 МПа.

Теплопроводность

Коэффициент теплопроводности пеноплекса составляет 0,03 Втм•°С. При увлажнении показатель изменяется незначительно, благодаря чему качественные характеристики остаются на высоте. Низкий коэффициент теплопроводности гарантирует надежную защиту от утечек тепла.

Токсичность

Экструдированный пенополистирол способен выделять свободные стиролы, которые негативно влияют на организм человека: ухудшают работу сердца, отрицательно сказывается на состоянии печени. Этот токсин выделяется в небольших количествах, большая часть – сразу после изготовления, поэтому при утеплении таким материалом вред для организма минимизирован. Основную опасность составляет горение или тление утеплителя, поскольку при этом выделяется токсичный дым, способный нанести вред человеку. Для улучшения пожаростойкости в состав материалов добавляют антипрены, которые сами по себе считаются токсичными. Следует обращать внимание на состав теплоизолятора при покупке.

Горючесть

В зависимости от марки отличается класс горючести. Теплоизолятор относится к сильно и нормально горючим материалам. При воздействии огня пеноплекс способен гореть или тлеть, выделяя вредный ля человека дым. Производители, совершенствуя технологию производства, смогли уменьшить горючесть утеплителя путем добавления антипренов. Это позволило создать слабогорючий материал. Он более дорогой, но результат оправдывает затраты.

Область применения

Сфера использования утеплителя обширна. В большинстве случаев область применения понятна из названия марки: пеноплекс комфорт, penoplex фундамент, penoplex стена. Клей следует подбирать в зависимости от цели, поскольку для внутренних, наружных работ, теплоизоляции фундамента потребуется разные виды клеевой основы, а также дополнительная фиксация дюбелями. Каждый клей наносится по-разному, поэтому следует обратить особое внимание на выбор сцепляющего материала.

С помощью пеноплекса утепляют как частные дома и квартиры, так и производственные предприятия. Это стало возможным благодаря отдельным маркам с повышенной плотностью. Утеплитель используют для внутренних (стены, перегородки), наружных (балконы, лоджии, стены, цоколь, кровля) работ.

Сведения об упаковке

Поставляется пеноплекс завернутым в термоусадочную УФ-стабилизированную пленку. Такая упаковка считается удобной и надежной, при этом не портит внешний вид товара. Пленка принимает форму материала, легко распаковывается.

Отечественные аналоги материала

Российские производители также наладили производство экструдированного пенополистирола.

На рынке представлены два аналога: Техноплекс и Полиспен. Каждая марка имеет особенности.

Техноплекс

Показатели прочности и теплопроводности – отличительные особенности плит Техноплекс. Добиться выдающихся технических показателей производителю удалось за счет использования нанотехнологий при изготовлении утеплителя. Метод заключается в добавлении частиц графита, помогающих повысить плотность материала. Теплоизолятор применяется в частном строительстве, а также при обустройстве системы теплый пол. В отличие от пеноплекса, техноплекс имеет не оранжевый, а светло-серебристый цвет. Изготавливаемый утеплитель отличается по толщине. Плиты оснащены специальной кромкой, упрощающей монтаж. После крепления следует максимально быстро произвести отделку, чтобы защитить теплоизолятор от атмосферного воздействия.

Полиспен

Экструдированный пенополистирол от ООО «Полиспен» изготавливается трех видов, которые отличаются техническими характеристиками и сферой применения:

1. Полиспен Стандарт. Используются при утеплении фундамента, а также для теплоизоляции пола.
2. Полиспен 35 незаменим при утеплении ограждающих конструкций.
3. Полиспен 45 с наибольшей прочностью используется в дорожном строительстве, поскольку может выдержать даже вес самолета. Рекомендовано применять его при теплоизоляции конструкций, на которые воздействуют большие нагрузки.

На рынке представлены плиты Полиспена разных размеров и толщины, следовательно, плотность материала также отличается.

Таблица характеристик

Марка	Комфорт	Основа	Фундамент	ГЕО	Кровля	Фасад	45
Прочность на сжатие (МПа)	0,15	0,17	0,3	0,3	0,25	0,2	0,5
Водопоглощение за 24 часа (% по объему)	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4	0,2
Плотность (кг/м³)	От 20	От 20	27-35	28-36	26-34	25-33	38-47
Коэффициент теплопроводности Вт/м•°К)	0,032	0,032	0,032	0,032	0,032	0,032	0,032
Паропроницаемость (мг/м. ч.Па)	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005	0,005
Модуль упругости (МПа)	15	15	17	17	17	15	20
Теплоемкость (кДж/кг.°С)	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45	1,45
Группа горючести	Г4	Г4	Г4	Г4	Г4	Г3	Г3
Температурный диапазон эксплуатации (°С)	-70 …+75	-70..+75	-70…+75	-70  +75	-70..+75	-70-+75	-70-+75

Полные характеристики указаны в сопроводительной документации Пеноплекса, где описаны технические характеристики теплоизолятора и указаны рекомендации по монтажу.

Экструдированный пенополистирол отличается высокими теплоизоляционными показателями, благодаря чему часто используется при утеплении. Способствует этому и приемлемая стоимость утеплителя. Простота монтажа, эффективность и долговечность материала сделали его популярным в разных сферах среди всех категорий населения.

ПЕНОПЛЭКС® — оптимальное техническое решение для теплоизоляции плоских кровель » Вcероссийский отраслевой интернет-журнал «Строительство.RU»

Экструзионный пенополистирол, из которого изготовлены плиты ПЕНОПЛЭКС®, превосходит широко распространенные теплоизоляционные материалы по всем техническим критериям выбора утеплителя для плоских кровель, а для инверсионных кровель является безальтернативным.

При выборе теплоизоляционного материала главным критерием является его теплозащитная способность. Это свойство выражается коэффициентом теплопроводности (λ). У плит ПЕНОПЛЭКС^® из экструзионного пенополистирола он не превышает 0,034 Вт/м∙°С в самых неблагоприятных условиях, в том числе при эксплуатации «Б», т.е. при сочетании неблагоприятных влажностных факторов (см. таблицу 2 в п. 4.3 СП 50.13330.2012). Сразу отметим, что проектировщики используют в своих расчетах λ_А или λ_Б (при эксплуатации «А» или «Б»), т.е. расчетный коэффициент теплопроводности материала не в сухом состоянии, а в реальных условиях, в том числе при повышенной влажности, когда у большинства утеплителей теплопроводность существенно возрастает, т.е. ухудшается.

Коэффициент теплопроводности 0,034 Вт/м∙°С — это показатель, заявленный компанией «ПЕНОПЛЭКС». Выбирая материал, многие специалисты не всегда довольствуются данными производителя и предпочитают собрать информацию из нескольких источников. Резонно предположить, что наиболее авторитетным источником будет уже упомянутый нормативный документ СП 50.13330.2012, которым проектировщики и строители обязаны руководствоваться при проектировании и устройстве теплозащиты. В данном СП имеется приложение «Т» под названием «Расчетные теплотехнические показатели строительных материалов и изделий». Любопытно, что там значения λ_Б для экструзионного пенополистирола еще ниже — 0,031-0,032 Вт/м∙°С, а значит лучше, чем заявляет производитель. Это объясняется тем, что производитель учитывает срок службы материала, весьма немалый. По результатам испытаний в НИИ Строительной физики РААСН долговечность плит ПЕНОПЛЭКС^® составляет не менее 50 лет. Но у других широко распространенных теплоизоляционных материалов λ_Б существенно выше, чем даже 0,034 Вт/м∙°С. По данным приложения «Т» к СП 50.13330.2012, этот параметр составляет от 0,044 до 0,055 Вт/м∙°С (минераловатные плиты из стеклянного и каменного волокна) и 0,044–0,059 Вт/м∙°С (беспрессовый пенополистирол, ПСБ).

Вторым критерием выбора теплоизоляционного материала является влагостойкость. Теплопроводность воды более чем в 10 раз выше, чем у широко распространенных утеплителей. Попадая в структуру материала, вода резко снижает теплозащитные свойства. Именно благодаря уникальной закрытой мелкоячеистой структуре экструзионный пенополистирол не впитывает влагу. Водопоглощение плит ПЕНОПЛЭКС^® не превышает 0,5% по объему, что можно считать пренебрежимо малой величиной. Минеральная вата обладает волокнистой структурой, поэтому быстро поглощает воду и теряет теплозащитные свойства. То же можно сказать и о зернистом ПСБ.

Важно отметить, что для инверсионных плоских кровель имеется строгое нормативное требование (согласно п. 5.4.3 СП 17.13330.2017 «Кровли») по водопоглощению для теплоизоляционного материала — не более 0,7%. Этому условию соответствует только экструзионный пенополистирол.

В том же пункте норматива изложено требование к инверсионным кровлям по прочности, которому, опять-таки, отвечает только экструзионный пенополистирол. Прочность на сжатие теплоизоляционного материала должна быть не менее 100 кПа. Плиты ПЕНОПЛЭКС^®, применяемые для утепления кровель, имеют прочность на сжатие при 10%-ной деформации не менее 150 кПа (0,15 МПа), а для инверсионных кровель производитель рекомендует плиты ПЕНОПЛЭКС^® ГЕО, у которых этот показатель еще выше — от 0,3 МПа. У самой прочной минеральной ваты данный параметр не превышает 0,07 МПа.

Прочность — третий важный критерий выбора теплоизоляции для плоской кровли, которая должна выдерживать нагрузки при обслуживании крыши.

Таким образом, экструзионный пенополистирол имеет явные преимущества перед другими широко распространенными утеплителями по теплопроводности, влагостойкости, прочности и долговечности. Но это еще не полный список. Плиты ПЕНОПЛЭКС^® из экструзионного пенополистирола экологически безопасны, биостойки, удобны в монтаже.

В заключение следует упомянуть о пожарной безопасности кровель с применением теплоизоляции ПЕНОПЛЭКС^®. Все кровельные системы, разработанные компанией «ПЕНОПЛЭКС», прошли оценку противопожарных характеристик во ВНИИПО МЧС России и имеют класс пожарной опасности К0. 

На рис.: кровельная система «ЭКСТРА» с применением ПЕНОПЛЭКС^® в качестве теплоизоляции и уклонообразующего слоя

 

1 — Гидроизоляция PLASTFOIL^® производства компании «ПЕНОПЛЭКС»

2 — Крепеж

3 — Разделительный слой из геотекстиля

4 — Уклонообразующий слой из сборных элементов ПЕНОПЛЭКС^® УКЛОН

5 — Теплоизоляция ПЕНОПЛЭКС^®

6 — Пароизоляция

7 — Основание

 

Для многих технических решений кровель с теплоизоляцией ПЕНОПЛЭКС^® разработаны BIM-модели, которые можно скачать с официального сайта компании.

На первой фотографии: теплоизоляция кровли цеха магнезитных изделий (ЦМИ) № 2 завода «Группы Магнезит» в городе Сатке Челябинской области

 

Эффективная теплопроводность пенополиуретана с открытыми порами на основе теории фракталов проиллюстрировано. Создается упрощенная клеточная фрактальная модель. В модели описан метод расчета эквивалентной теплопроводности пористой пены и рассчитана фрактальная размерность. Выведены математические формулы для фрактальной эквивалентной теплопроводности в сочетании с газовой и твердой фазой, для эквивалентной теплопроводности теплового излучения и для полной теплопроводности. Однако полный эффективный тепловой поток представляет собой сумму теплопроводности твердой фазы и газа в порах, излучения и конвекции между газом и твердой фазой. Выведено фрактальное математическое уравнение эффективной теплопроводности с учетом фрактальной размерности и вакансионной пористости в теле ячейки. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными, разница составляет менее 5%.

Обобщены основные влияющие факторы. Исследовательская работа полезна для улучшения адиабатических характеристик вспененных материалов и разработки новых материалов.

1. Введение

Из-за выдающихся адиабатических характеристик пенополиуретан с открытыми порами, малой плотностью и низкой теплопроводностью (0,018~0,032200 Вт/(м·K)), применяется в различных областях, таких как строительство, холодильное хранение пищевых продуктов. , и рефрижераторные грузоперевозки, в целях сохранения тепла. Неправильная геометрическая конструкция пенополиуретана с открытыми порами делает его физические свойства неравномерными. И это затрудняет теоретические исследования, особенно в отношении точных тепловых характеристик. На самом деле, адиабатическая теплопроводность материалов может быть измерена с помощью пластинчатого теплозащитного устройства, но это неудобно для научных исследований и разработки пенополиуретана. Анализ и оценка эффективной теплопроводности пористой среды в течение длительного времени представляли собой значительный исследовательский проект для инженерной теплофизики и гилологии [1].

В то время как в качестве исследовательского проекта для расчета теплопроводности берется материал пенопористой среды, он всегда предполагается как связующая виртуальная среда в крупномасштабном пространстве, то есть «средний объем» в геометрическом распределении. Уитакер [2, 3] и Уитакер и Чоу [4] использовали метод виртуального «среднего объема» для описания процесса тепломассопереноса внутри пористой среды. Считалось, что пористая среда сочетается с твердофазным материалом, жидкостью и газом. Газовая фаза содержит сухой воздух и пар. Предположим, что все фазы в пористой среде являются тепловыми балансами, а размеры пор соответствуют «среднему объему» — дюжине переменных, участвующих в математической формуле. Ю и др. [5, 6] также экспериментально исследовали физическую модель их связи и диффузии и вывели соответствующую математическую формулу.

В настоящее время существует два основных метода оценки теплопроводности материалов с пористыми средами. Во-первых, теплопроводность рассматривается как сложная математическая функция пропорции пор и параметров микроструктуры.

Лагард [7] вывел эквивалентную эффективную функцию теплопроводности насыщенных пористых материалов. Эквивалентная эффективная теплопроводность получается из где – теплопроводность жидкой фазы () и – теплопроводность твердой фазы ().

Здесь было сделано предположение, что потоки тепла через флюид в поре и через твердую фазу пористого тела индивидуальны и происходят одновременно. Однако теплообмен происходил одновременно и между жидкой фазой и твердой фазой. Таким образом, реальная модель была более сложной, чем выражение в (1). Итак, Уильямс и Доу [8] разработали функцию следующим образом: куда. Фактор представляет собой отношение, которое тепловой поток переносит вместе с градусами температуры к общему тепловому потоку, является фактором отсутствия связи твердое тело-твердое и является фактором существования связи твердое тело-твердое и связи твердое тело-жидкость.

На самом деле, в микропространственной структуре материалов пористых сред существование идеально равномерного распределения пор в пористом теле невозможно. Таким образом, существует большая ошибка между упомянутой выше идеальной моделью и реальным телом. Имеющиеся идеальные модели и эмпирические уравнения для пенных теплоизоляционных материалов только в общем связаны с пропорцией пор, которая является приблизительным отражением кажущейся теплопроводности в макропространстве. Но для реального вспененного материала с неравномерным распределением пор имеющиеся идеальные модели и эмпирические уравнения не относятся к микроструктуре и не могут выявить реальный процесс тепломассопереноса и распределение температуры и влажности. В результате в исследовательской работе присутствует большая ошибка.

Другой метод включает теорию фракталов. Теория фракталов, внедренная в оценочные и исследовательские работы по расчету теплопроводности пористых пеноматериалов, представляет собой новый путь развития теории тепловых характеристик материалов с пористыми средами. Теория фракталов была впервые предложена в 1975 году Мандельбротом, профессором Гарвардского университета в США. Некоторые эксперты, такие как Питчумани [9], Ю и Ли [5] и Ма и соавт. [6] провели глубокие исследования эффективной теплопроводности зернистой пористой среды методом фрактальной теории и создали соответствующие математические уравнения. Основываясь на теории фракталов, Thovert et al. [10], Чжан и соавт. В [11] и др. разработаны теоретические модели для расчета эффективной теплопроводности неоднородной пористой среды. В соответствии с концепцией модели ковра Серпинского Питчумани и Рамакришнан [12, 13] создали теоретическую модель распределения пор, но модель и математические уравнения были очень сложными по фрактальной размерности. Ма и др. В работе [6] построена математическая модель эффективной теплопроводности пористой среды в соответствии с теорией фракталов, которая показала, что теплопроводность пористой среды является функцией пористости, площади, коэффициента теплопроводности в компонентах и ​​теплопроводности. контактное сопротивление все вместе. Это не имело никакого отношения к эмпирическим константам и меньшему количеству параметров и простоте расчета в формуле.

Однако разные пористые среды неодинаковы друг с другом по внутренней фрактальной сущности. Также трудно на практике оценить тепловое контактное сопротивление пористой среды. Универсальность модели еще нуждается в дальнейшей проверке. Товерт и др. В работе [10] фрактальная пористая среда освещалась математической моделью перколяции, а решение выполнялось методом геометрической итерации. После этого Адлер, Товерт и Томпсон добавили эмпирические константы, полученные экспериментально, в функцию Адлера. И функция обычно описывается как где – теплопроводность жидкости в порах пористого материала (). И верхний индекс здесь определяется как: где коэффициент фрактальной размерности = 2,5–2,85, а спектральная размерность используется для описания процедуры перколяции в порах.

Яншэн [14], основываясь на теории перколяции, установил взаимосвязь между диаметром пор различных зернистых материалов и теплопроводностью. Но пористость, фрактальная размерность и микроструктура в модели не участвуют. Питчумани и Яо [15] рассчитали поперечные и продольные фрактальные размеры для освещения микроструктуры волокнистых материалов, а теплопроводность была получена на основе традиционной теории теплопередачи. Но модель хорошо работает только с некоторыми определенными волокнистыми пористыми материалами.

Таким образом, построить универсальную для пористой среды теоретико-математическую модель эффективной теплопроводности весьма сложно, а также нецелесообразно. Следовательно, создание математической модели теплопроводности для одной конкретной пористой среды, отражающей особенности ее строения во внутреннем пространстве, является важным направлением развития исследований пористой среды.

2. Микроструктуры пенополиуретана с открытыми порами и фрактал Описание

2.1. Микроструктуры

Полиуретан с открытыми порами состоит из твердых подложек и ячеек. Под действием пенообразователя и агента, открывающего ячейки, образуется большое количество ячеек, которые непрерывно распределяются внутри материала. Ячейки соединяются друг с другом бок о бок, и газ в порах может свободно перетекать из одной ячейки в другую. Это действительно преимущество для удаления пенообразователя и паров, которые попали в поры. Между тем, газ в порах может быть легко вытеснен по мере полного соединения клеток. Твердая подложка из полиуретана с открытыми порами имеет определенную прочность, чтобы поддерживать материал и предотвращать разрушение в вакууме. Таким образом, пенополиуретан с открытой структурой ячеек может широко использоваться в качестве основного материала вакуумной изоляционной панели.

Микроструктуры полиуретана с открытыми ячейками, состоящего из скелета твердой подложки (белая часть на снимке) и ячеек (черная часть на снимке), показаны на рисунке 1 (сделаны с помощью электронной микроскопии). Ячейки, как правило, структурно кубические в пространстве и непрерывно распределены в плоскости сечения, а размеры отверстий находятся в пределах 140–220 м, а длина среднего скелета составляет 125м. Размеры клеток различны, распределение случайное и неравномерное.

2.2. Описание фрактала

Теория фракталов с момента своего зарождения привлекала большой интерес ученых благодаря своим уникальным преимуществам исследования неправильных и сложных геометрических объектов и успеху в решении многих задач геометрии, физики, геологии, гилологии и т.д. на. Между тем различные проблемы по научным предметам также способствовали развитию теории фракталов. Теория фракталов — эффективный подход к описанию нелинейных явлений в природе, сложных геометрических структур, внутренних объектов и пространственного распределения. Теория фракталов впервые предприняла исследования нелинейных сложных систем и проанализировала внутренние законы изучаемых предметов, которые не были упрощенными и абстрактными. В этом существенное отличие фрактальной теории от линейного пути. Два субъекта можно трактовать как самоподобие, а значения фрактальной размерности равны, согласно фрактальной теории. Эксперты и исследователи построили различные фрактальные модели для материалов пористых сред, и многие исследователи приняли известные модели, такие как модель ковра Серпинского, модель губки Менгера и модель кривой Коха.

Однако почти пористые материалы сред в природе не совпадают с упомянутыми выше моделями. Это не строгое сходство, но сходство в математическом расчете.

Согласно теории фракталов, это самоподобное масштабное соотношение между метрической мерой объектов и физической величиной, существующей в евклидовом пространстве, включая площадь и объем, или длину пористого фрактала [16]:

Для одного фрактального тела значение фрактальной размерности находится в диапазоне от 2 до 3. Но для микроструктурного полиуретана с открытыми порами диаметры пор разные. Структура неправильная, распределение случайное. Для пенополиуретана с открытыми порами наибольший размер пор ячеек = 220 мкм, а наименьший — ; и, если принять меру длины шага, объем клетки

V можно описать следующим образом:

Согласно теории фракталов, распределение ячеек имеет статистическую автомодельность для пенополиуретана с открытыми ячейками. Уравнение (6) можно заменить следующим: где C — константа. Логарифмируя (7), (8), можно получить как

Согласно методу случайных фракталов ковра Серпинского, рисунок 1 является фрактальным расчетом, и результат показан на рисунке 2. То есть объем пенополиуретана с открытыми порами в этом исследовании имеет фрактальную характеристику, а значение фрактальной размерности соответствует образцу.

Однако структура пористой среды неравномерна, и распределение пор также хаотично. Физическая величина, количество пор, связана с диаметром пор

D . Итак, (5) можно переписать как или же

Принимая дифференциальный коэффициент к (9), тогда

Таким образом, в сочетании с (10) и (12) можно получить как

Здесь функцию вероятности распределения пор можно переписать как

Фрактальный эффективный диаметр L пор в полиуретане с открытыми порами можно рассчитать в соответствии с функцией вероятности распределения пор:

Основываясь на внутренней структуре полиуретановой формы с открытыми порами, мы предполагаем, что ячейки имеют кубическую форму и хорошо распределены, как показано на рисунке 3.

3. Эквивалентная теплопроводность фрактальной модели средних материалов является функцией переменных теплопроводностей фаз, внутренней структуры и распределения пор [17]. Таким образом, эквивалентная теплопроводность может быть представлена ​​следующим образом: где теплопроводность фазы

и в пористых материалах. Для твердой фазы проводимость равна, а для газа в порах пористость среднего объема.

Математическая модель полиуретана с открытыми порами разработана на основе (15) в этой статье. Пренебрегая влиянием теплового излучения в ячейках и газовой тепловой конвекцией, мы заключаем, что теплообмен в одной ячейке открытоячеистой полиуретановой формы осуществляется только за счет соседних ячеек. Для одной ячейки предположим, что структура представляет собой правильную призму, фрактальный диаметр л ; высота указана выше в (14), а высота сплошных подложек d , как и на рис. 3. Таким образом, весь процесс теплообмена в ячейке может быть проанализирован как перенос электричества в электроцепи. Предположим, что тепловой поток течет сверху вниз через корпус ячейки, тогда тепловое сопротивление ячейки в основном состоит из четырех частей.

– термическое сопротивление вертикальной стойки 1, уровня 2, газу между уровнями и газу в полости.

Упрощенная модель теплового сопротивления может быть описана, как показано на рисунке 4. где – полное тепловое сопротивление; – теплопроводность каркаса пенопласта; – теплопроводность газа в ячейках; – эффективная теплопроводность формы.

Из приведенного выше анализа мы можем сделать вывод, что

Из (3) и (17), (18) можно легко получить: где в (18) – эффективная теплопроводность при наличии статического газа в порах открытоячеистого полиуретана.

Здесь будет введена концепция пористости пористого полиуретана. Как правило, это отношение суммы объема вакансий к объему всего блока материала. При расчетных методах по теории фракталов пористость легко представить как [18] Объединяя (18) с (19), получим эффективную теплопроводность:

Из (20) можно сделать вывод, что эффективная теплопроводность полиуретановой формы с открытыми ячейками связана с фазами тела ячейки и фрактальной размерностью и ячеистой структурой, то есть пористостью.

Теплопроводность будет уменьшаться с увеличением фрактальной размерности объема ячеек и увеличением пористости, что соответствует характеристикам теплопроводности. Чем больше фрактальная размерность и пористость, тем меньше твердых подложек и тем хуже теплопроводность.

4. Эффективная теплопроводность теплового излучения

Тепловое излучение является важным фактором для пенополиуретана с открытыми порами. Его можно рассматривать как среду серого тела для оценки радиационного теплового потока в клетках [10]. Таким образом, скорость радиационного теплового потока для клетки равна где – постоянная Штефна-Больцмана, W/(K ⁴ ·m ² ), – коэффициент ослабления излучения для пористой среды, а – отдельно температуры теплового потока на входе и выходе.

Таким образом, мы можем получить эквивалентную радиационную теплопроводность для пористой среды:

5. Сравнение результатов теоретического расчета и эксперимента

Полная эквивалентная теплопроводность может быть получена в (23) при условии интегрирования теплопроводности и радиационно-кондуктивной теплопередачи вместе:

Указанный выше пенополиуретан с открытыми порами выбран в качестве образца для испытаний в экспериментах, и его теплопроводность твердых подложек составляет Вт/(м·К), теплопроводность газа в порах составляет Вт/(м·К) , а проверенный коэффициент затухания составляет m ⁻¹ . Способ измерения теплопроводности образца — метод пластины с защитой от нагрева. Стандарт испытаний относится к GB/T3399-2009. Результаты собраны в Таблице 1.

6. Заключение

Из Таблицы 1 видно, что разница между результатами, рассчитанными по приведенной выше теоретической модели, и экспериментальными результатами незначительна. Выводы по исследовательской работе следующие.

Существует хорошее соответствие между экспериментальными и теоретическими расчетами, представленными в этой статье. Погрешность менее 5%. В частности, при выборе пенополиуретана с открытыми порами в качестве сердцевины вакуумных изоляционных панелей теплопроводностью газа в (18) можно пренебречь, что упрощает расчеты и позволяет получить более точные результаты.

Эффективная теплопроводность пенополиуретана с открытыми порами зависит от свойств материала, внутренней микроструктуры и температуры окружающей среды при эксплуатации. Теплопроводность при теплопроводности во всей эффективной теплопроводности является преобладающей при нормальной температуре, тогда как эффективная теплопроводность при излучении носит несколько волнообразный характер, но величина не первичная. Таким образом, увеличение пористости тела может повысить все его теплоизоляционные свойства при условии, что его структурная прочность достаточна для пенополиуретана с открытыми порами.

Исследования явно установили связь между теплофизическим свойством и внутренней микроструктурой пористых сред по теории фракталов. Теоретическая работа будет важным ориентиром в улучшении теплоизоляции пористых сред и будет полезна при разработке новых материалов для защиты окружающей среды и энергосбережения.

Номенклатура

C :	Постоянное значение
:	The smallest bore size in dimension
:	The biggest bore size in dimension
:	Fractal dimension factor
:	Spectral dimension
d :	Width Модель стойки
L :	Длина модели стойки
:	Количество
R :	Термическая сопротивление (M 2 · К/Вт)
T :	(K)
. .							.

Greek Symbols

:
:	Stefn-Boltzmann constant,
	σ = 5.6697 × 10 −8  W/(K 4 · M 2 )
:	Коэффициент вымирания радиации
:	Термическая проводимость (W/(M · K))
:	Пористость в среднем объеме.

Нижние и верхние индексы

:	Действующий
:	Радиация0128
г :	Residual gaseous phase in the pore
f :	The fluid phase
S :	The solid phase
total:	Total value
test:	Значение, полученное в результате экспериментов.

Благодарность

Работа выполнена при финансовой поддержке Научно-технической программы Шанхайского морского университета №. 20120091. Мы благодарны профессору Wenzhe Sun и профессору Dan Cao за их советы и предложения по этому проекту. Авторы также выражают признательность доктору Вэньчжун Гао за ценные обсуждения и вклад в проведение эксперимента и установку устройств для сбора данных.

Ссылки

1. Ю. Чен и М. Ши, «Определение эффективной теплопроводности для пористых сред с использованием фрактальных методов», Журнал инженерной теплофизики , том. 20, нет. 5, стр. 608–615, 1999.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

2. С. Уитакер, «Диффузия и дисперсия в пористых средах», AIChE Journal , vol. 13, нет. 6, стр. 1066–1085, 1967.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

3. С. Уитакер, «Достижения в теории движения жидкости в пористой среде», Chemical Engineering , vol. 61, стр. 14–28, 1969.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

4. С. Уитакер и У. Т.-Х. Чоу, «Сушка гранулированных пористых сред — теория и эксперимент», Drying Technology , vol. 1, нет. 1, стр. 3–33, 1983.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

5. Б. Ю и Дж. Ли, «Некоторые фрактальные характеры пористых сред», Fractals , vol. 9, нет. 3, стр. 365–372, 2001.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

6. Ю. Ма, Б. Ю, Д. Чжан и М. Цзоу, «Автомодельная модель эффективной теплопроводности пористых сред», Journal of Physics D , vol. 36, нет. 17, стр. 2157–2164, 2003.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

7. А. Лагард, «Рассмотрение вопроса о переводе средств в окружающую среду», Institut Francais Du Petrole , vol. 2, pp. 383–446, 1965.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

8. Дж. К. Уильямс и Р. А. Доу, «Фракталы — обзор потенциальных приложений для транспортировки в пористой среде», Транспорт в пористых средах , vol. 1, нет. 2, стр. 201–209, 1986.

   Посмотреть по адресу:

   Сайт издателя | Google Scholar

9. Р. Питчумани, «Оценка теплопроводности неупорядоченных композитных сред с использованием фрактальной модели», Journal of Heat Transfer , vol. 121, нет. 1, pp. 163–166, 1999.

   Посмотреть по адресу:

   Google Scholar

10. Товерт Дж. Ф., Уэри Ф., Адлер П. М. Теплопроводность случайных сред и регулярных фракталов. 0039 Журнал прикладной физики , том. 68, нет. 8, стр. 3872–3883, 1990.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

11. Д. Чжан, Х. Ян и М. Ши, «Важные проблемы фрактальной модели в пористых средах», Журнал Юго-восточного университета , том. 32, нет. 5, pp. 692–697, 2002.

    Просмотр по адресу:

    Google Scholar

12. Питчумани Р. и Рамакришнан Б. Модель фрактальной геометрии для оценки проницаемости пористых заготовок, используемых при формовании жидких композитов.0039 Международный журнал тепло- и массообмена , том. 42, нет. 12, стр. 2219–2232, 1999.

    Посмотреть по адресу:

    Сайт издателя | Google Scholar

13. Б. Рамакришнан и Р. Питчумани, «Характеристики фрактальной проницаемости преформ, используемых при формовании жидких композитов», Polymer Composites , vol. 21, нет. 2, pp. 281–296, 2000.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

14. Z. Yangsheng, Эффект связи и инженерное отражение материалов пористых сред , Science Press, Пекин, Китай, 2010.

15. Р. Питчумани и С. К. Яо, «Корреляция теплопроводности однонаправленных волокнистых композитов с использованием локальных фрактальных методов», Journal of Heat Transfer , vol. 121, нет. 1, pp. 788–796, 1991.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

16. Б. Б. Мандельброт, Фрактальная геометрия природы , В.Х. Freeman, New York, NY, USA, 1983.

17. А. К. Кан, Т. Т. Чжан и Х. Дж. Лу, «Фрактальное исследование эффективной теплопроводности материалов из стекловолокна», Китайский журнал вакуумной науки и техники , том. 33, pp. 654–660, 2013.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

18. Z. Donghui, J. Feng, and S. Mingheng, «Теплопроводность во фрактальных пористых средах», Journal of Applied Sciences , том. 21, нет. 3, pp. 253–2257, 2003.

    Посмотреть по адресу:

    Google Scholar

Copyright

Copyright © 2013 Kan Ankang and Han Houde. Это статья с открытым доступом, распространяемая в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Определение изоляции FOAMGLAS® для гарантированных тепловых характеристик

Теплоизоляция должна обеспечивать надежную и стабильную работу даже в сложных условиях. Однако многие типы изоляции со временем теряют свои характеристики, что влияет на эффективность и эксплуатационные расходы здания или промышленного объекта, в котором установлена ​​изоляция.

Долгосрочные тепловые характеристики изоляции

Со временем строительные изоляционные материалы могут потерять свои тепловые характеристики. Утеплитель может деформироваться под нагрузкой и не сохранять форму. Он может поглощать влагу и пар.

Структура изоляционных материалов также влияет на их долговечность. Теплоэффективный газ внутри ячеек изоляции из жесткого полиизоцианурата (PIR) постепенно вытекает со временем; поэтому стабильные тепловые характеристики не могут быть гарантированы.

Любая из этих проблем влияет на надлежащее функционирование системы изоляции; наиболее распространенным является накопление влаги, приводящее к непостоянным тепловым характеристикам. Все это приводит к риску некомфортного и нездорового климата в помещении, более высокому потреблению энергии и счетам за электроэнергию. В долгосрочной перспективе возможны затраты и неудобства, связанные с ремонтом или заменой изоляции.

 

Тепловые характеристики изоляции в промышленности

Некоторые промышленные процессы требуют строгого контроля температуры и поэтому полагаются на надежную и стабильную теплоизоляцию. Например, жидкость в резервуарах для хранения не должна замерзать или затвердевать. В экстремальных случаях плохой контроль температуры в чувствительных приложениях может вызвать чрезмерное испарение и привести к опасным уровням давления в резервуаре для хранения.

 

Испытание долговечности изоляции FOAMGLAS®

Исследование, проведенное в 2017 году мюнхенским исследовательским центром Forschungsinstitut für Wärmeschutz (FIW), показало, что изоляция FOAMGLAS® сохраняет свою теплопроводность (коэффициент лямбда) после почти 50 лет установки на плоской крыше.

FOAMGLAS® предлагает лучшую изоляцию из ячеистого стекла. Наш продукт T3+ имеет теплопроводность 0,036 Вт/мК, что обычно эквивалентно характеристикам, обеспечиваемым изоляцией из минеральной ваты.

Изоляция из ячеистого стекла состоит из миллионов стеклянных ячеек. Каждая стеклянная ячейка отделена от другой, она герметична, что делает ее водонепроницаемой и паронепроницаемой изоляцией. Ячейки сохраняют форму, выдерживают высокие сжимающие нагрузки, изоляция не деформируется. Исключается потеря тепловых характеристик; FOAMGLAS® с полной уверенностью используется в строительстве и промышленности.

Существует изоляционный продукт FOAMGLAS® для всех применений вокруг всей оболочки здания, от подвала до крыш. Он предназначен для широкого спектра применений, включая школы, больницы и автомобильные парковки на крышах, а также в сложных условиях, таких как плавательные бассейны, прачечные и профессиональные кухни. Во всех приложениях тепловой КПД; и, следовательно, энергоэффективность остаются неизменными на протяжении всего срока службы здания.

Использование изоляции FOAMGLAS® для эффективных промышленных процессов

В промышленном секторе изоляция FOAMGLAS® является предпочтительным материалом для холодных и криогенных применений в нефтехимической и нефтегазовой отраслях. Долгосрочная тепловая эффективность изоляции FOAMGLAS®, в том числе в экстремальных условиях, приводит к короткому сроку окупаемости и обеспечивает эффективную работу установок за счет лучшего контроля процесса.