Теплопроводность пеноблока: Теплопроводность пеноблока разных марок, от чего зависит, расчет толщины стен

Содержание

Теплопроводность пеноблока разных марок, от чего зависит, расчет толщины стен

Пенобетон – это строительный блочный ячеистый материал. Именно благодаря порам, он обладает низким коэффициентом теплопроводности. Получается пористая структура в результате добавления в раствор пенообразующего компонента. От его объема зависит количество ячеек в пенобетоне. Чем их больше, тем меньше он проводит тепло. Низкий коэффициент теплопроводности достигается за счет наличия в ячейках воздуха, а он, в свою очередь, имеет самое меньшее значение теплопередачи.

Что такое теплопроводность?

Эта характеристика показывает, какое количество тепла передает материал за определенное время. Влияет на эту величину плотность пенобетона и влажность.

Теплопроводность различных марок пеноблоков сильно отличается, так как они имеют разную структуру. Изготавливается пенобетон трех видов:

  • конструкционный;
  • теплоизоляционный;
  • конструкционно-теплоизоляционный.

Конструкционные пеноблоки являются самыми плотными и содержат наименьшее количество пор с воздухом. Поэтому они имеют самый высокий коэффициент теплопроводности – 0,29-0,38 Вт/м·К. Такие пеноблоки используются для строительства фундаментов и несущих конструкций. Но так как они довольно-таки сильно проводят тепло, то требуется дополнительная отделка утепляющими материалами. Выпускаются марок Д900-Д1200.

Теплопроводность пенобетона конструкционно-теплоизоляционного типа несколько ниже. Они обладают как хорошей прочностью, так и оптимальным показателем теплопередачи – 0,15-0,29 Вт/м·К. Именно эти пеноблоки чаще всего применяются в частном домостроительстве для возведения несущих стен и перегородок. Производятся марок Д500, Д600, Д700 и Д800.

Теплоизоляционные пеноблоки имеют наилучший коэффициент теплопроводности – 0,09-0,12 Вт/м·К. Но из-за большого количества пустых ячеек, они обладают слабой прочностью, поэтому их не применяют для строительства, а только в качестве теплоизоляции уже отстроенного сооружения. Производятся марок Д300-Д500.

Чтобы не снизить коэффициент теплопроводности блоков пенобетона, для кладки используется не цементно-песчаный раствор как для обычных кирпичей, а специальный клей. Толщина шва не должна быть больше 2-3 мм. Иначе в местах швов образуются мостики холода, и через них будет уходить немалая часть тепла. Таким же образом проводится монтаж газоблоков.

Чтобы кладка была ровной, а швы одинаковыми, следует приобретать качественные пеноблоки с ровными гранями. Такой материал изготавливается известными и крупными производителями. Если проводить кладку из пеноблоков разных размеров и форм, швы не получатся одинаковой толщины. В итоге конструкция будет сильнее терять тепло.

Теплопроводность блоков пенобетона разных марок:

Марка Коэффициент теплопередачи
Д350 0,09
Д400 0,10
Д500 0,12
Д600 0,14
Д700 0,18
Д800 0,22
Д900 0,25
Д1000 0,29

Пенобетон в сравнении с газобетоном имеет несколько лучшую теплопроводность. Но это относится только к пеноблоку теплоизоляционного типа. Показатели теплообмена газоблока (0,075-0,183 Вт/м·К), конструкционного и конструкционно-теплоизоляционного блоков практически одинаковые.

Средняя теплопередача дерева – 0,15 Вт/м·К. Пенобетон уступает ему лишь немного, а некоторые теплоизоляционные пеноблоки удерживают тепло даже несколько лучше. Коэффициент теплообмена строительного кирпича находится в диапазоне 0,2-0,7 Вт/м·К, что намного хуже, чем у пенобетона.

На способность передавать тепло влияет и окружающая среда, а точнее, процент влажности и температура. Чем больше внутри газоблока и пенобетона влаги, тем сильнее они проводят тепло. Также коэффициент теплообмена увеличивается при понижении температуры.

Как рассчитать толщину стены?

Чтобы узнать, какой толщины строить стены, нужно учесть показатели теплообмена всех материалов. Так, если конструкция будет состоять из кирпича (например, 0,5 Вт/м·К), штукатурки (0,58 Вт/м·К) и пеноблоков (Д800 – 0,22 Вт/м·К), то учитываются все их коэффициенты вместе.

По строительным нормам сопротивление стен теплопередаче должно быть не меньше 3,5 м2·К/Вт. Именно от этого числа отнимаются показатели теплообмена стройматериалов, которые будут использоваться для возведения конструкции, кроме пеноблоков. Чтобы вычислить сопротивление теплопередаче кирпича, нужно его толщину 12 мм (0,12 м) разделить на коэффициент его теплопроводности: 0,12/0,5=0,24. Точно так же для штукатурного слоя в 2 см: 0,02/0,58=0,034.

Теперь эти результаты отнимают от 3,5 м2·К/Вт: 3,5-0,24-0,034=3,226. Чтобы узнать необходимую толщину стен, полученное число умножают на коэффициент теплопроводности блоков пенобетона: 3,226*0,22=0,71. Значит, толщина стены должна быть не меньше 70 см при применении пеноблоков Д800.

Пенобетон не только хорошо удерживает тепло, но и является таким же экологически чистым материалом, как и дерево. Так как для его производства используется цемент, песок, вода и натуральный пенообразующий компонент. В доме, построенном из него, всегда будет комфортный микроклимат.

Теплопроводность пеноблока разных марок, сравнение с деревом, кирпичом и газобетоном

Пенобетон появился в распоряжении застройщиков сравнительно недавно и сразу вызвал к себе большой интерес, что объясняется его пористой структурой. Он не впитывает влагу, имеет небольшой вес и высокую прочность. В построенном из пеноблоков здании всегда будет присутствовать оптимальный микроклимат. Теплопроводность материала гарантирует снижение затрат на обогрев помещений.

Термическое сопротивление конструкции из ячеистых плит успешно справляется с передачей тепла от нагретых предметов к более холодным. Характеристика энергии определяется количественной единицей потока, проходящего сквозь поверхность заданной толщины за установленное время, что применяется при расчете разных профильных изделий.

Теплопроводность пенобетона зависит от структуры, то есть чем больше количество пустот в заданном параметре, тем выше свойство. На показатель наличия воздуха в порах влияет плотность. Правильная геометрическая форма поверхностей блоков обеспечивает уменьшение зазоров при их сборке. Чтобы стена имела монолитный вид, промежутки не должны превышать 2-3 мм. Расстояние большего размера станет причиной сырости основания.

При расчете коэффициента теплопереноса, необходима информация о плотности. Параметр обозначают буквой D с различными цифровыми значениями: при маркировке D800, кубометр пенобетона весит 800 кг.

Теплопроводность по видам

Чтобы выяснить необходимые параметры, следует учитывать подразделение на типы, в зависимости от плотности и предназначения. Теплопроводность различных марок пеноблоков в таблице:

ВидПредназначениеМаркаКоэффициент теплопроводности
КонструктивныйФундаменты, подвалы, подземные гаражи, несущие стеныD1000, D1100, D12000,30-0,40 Вт/м°С
Конструктивно-теплоизоляционныйПерегородки и несущие стеныD500, D600, D700, D800, D9000,15-0,30 Вт/м°С
ИзоляционныйКонтур стенD300, D350, D400, D5000,10-0,14 Вт/м°С

В микроячейках пенобетона жидкость находится в закрытом состоянии и не преобразуется в лед даже при очень сильном холоде. Показатель морозостойкости составляет 15, 35, 50, 75 единиц соответственно для марок D600, D700, D800, D1000. Плотность напрямую связана с коэффициентом передачи тепла и несущими свойствами. Поэтому оптимальным вариантом, при возведении монолитных перекрытий с обустройством армопояса, считается конструкционно-изоляционный вид. В многослойных сооружениях пенобетон используют в качестве контурной оболочки.

Сравнительные характеристики

Основной вопрос, который возникает у застройщика при планировании: как определиться с выбором материала, ведь необходимо учесть свойства, затраты на обработку и монтаж. Для этого можно сопоставить некоторые особенности разных видов:

1. Самым ценным качеством дерева является экологичность. Пеноблоки в этом не уступают, так как содержат натуральные компоненты в своем составе. Благодаря воздушным порам в структуре, происходит естественная регулировка влажности. Кроме того, деревянные дома уступают в скорости постройки. Так как пенобетон имеет большую плотность, он эффективнее сохраняет микроклимат в помещении.

2. При высоком показателе передачи тепла кирпича он в три раза уступает ячеистым блокам. Если сравнить морозостойкость данных материалов, для возведения жилья из пенобетона потребуется уложить один слой, а стены из кирпича строят двойной толщины.

3. Газобетон – это пористый материал, пустоты в котором открыты и сформированы немного иначе, так как технология производства имеет свои особенности. Плотность пенобетона выше, что влияет на теплопроводность. В вопросе экологичности газобетон также проигрывает из-за имеющегося в его составе алюминия.

Теплоизолирующие свойства пеноблоков зависят от формирования внутренних ячеек. Чем больше пор, тем лучше микроклимат помещения. Важно учитывать геометрические параметры, чтобы при строительстве дома не допускать холодных мостиков, которые влияют на потерю энергии.

Теплопроводность пеноблока: коэффициент теплопроводности пенобетона

Теплопроводность пеноблока – значимая характеристика стройматериала. Способность проводить тепло связана с обратной пропорциональной зависимостью с прочными показателями пенобетона. Эта характеристика показывает, какое количество тепла передает материал за определенное время. Также влияние оказывает величина плотности стройматериала и влажность.

Теплопроводные качества различных марок пеноблоков значительно отличаются, из-за разной структуры. Блоки производят трех видов:

  • конструкционные – самые плотные и содержат маленькое количество ячеек с воздухом. Понадобится теплоизоляция пеноблока;
  • теплоизоляционные – имеют наилучший коэффициент теплопроводности, но из-за множества пустых пор с воздухом прочность значительно снижена;
  • конструкционно-теплоизоляционные.

Зависимость теплопроводности от плотности

Воздух является эффективным природным теплоизоляционным материалом. Пеноблоки имеют ячеистую структуру, благодаря которой этот блочный строительный материал обладает низким коэффициентом теплопроводности. Показатель намного ниже, чем у бетона или кирпича и равен 0.08 Вт/мС. Для рядовых пользователей, эти показатели ни о чем не говорят, поэтому приведем такой сравнительный пример. Чтобы получить стену, которая будет иметь показатель теплопроводности 0.18 Вт/м0 С, понадобятся пенобетонные блоки марки D700 (размеры 588х300х188).Чтобы добиться таких же показателей теплопроводности для шлакоблоков понадобится сделать толщину стены 108 см, а для красного кирпича 140 см.

Важно! Когда рассчитывается коэффициент теплопереноса, необходимо учитывать плотность, которая обозначается буквой D. Например, маркировка D 900 означает, что 1 кубометр пенобетонных блоков весит 900 кг.

Коэффициент теплопроводности пенобетона изменяется в зависимости от плотности и прочности материала. Самые легкие с меньшей прочностью блоки применяют для теплоизоляции стены здания и постройки межкомнатных перегородок. Для этого подходят блоки с плотностью 400-500 кг/м3. Производится пенобетон с высокой плотностью – 1000-1200 кг/м3. Благодаря уменьшению размера ячеек внутри блоков структура становится более плотной. Такой стройматериал подходит для постройки несущих стен 1-2 этажных зданий, но хуже сохраняет тепло. Пеноблоки средней плотности 600-700 кг/м3 теплостойкие и способны выдержать нагрузку перекрытий.

Расчет теплопроводности

Чтобы здание имело требуемые качества теплопроводности пенобетона, блоки разной плотности следует укладывать на различную толщину. Первым делом рекомендуется определить такой важный момент, при помощи, какого варианта будет производиться постройка стен. Не редко применяют такие способы – кирпич-блок-штукатурка либо оштукатуренная с двух сторон блок стена.

Для правильного расчета нужно знать коэффициент теплопроводности пеноблока и показатели теплоотдачи прочих строительных материалов, которые войдут в состав стены.

Пенобетонные блоки обладают разной теплопроводность для определенных условий эксплуатации. В таблице указаны величины ватт на метр на градус Цельсия.

Вид материала Марка (средняя плотность) Коэффициент теплопроводности Вт/м°С
На песке На золе
Теплоизоляционный пеноблок D 300 0.08 0.08
D 400 0.10 0.09
D 500 0.12 0.12
Конструкционно-теплоизоляционный пеноблок D 500 0.12 0.12
D 600 0.14 0.13
D 700 0.18 0.15
D 800 0.21 0.18
D 900 0.24 0.20
Конструкционный пеноблок D 1000 0.29 0.23
D 1100 0.34 0.26
D 1200 0.38 0.29
Штукатурка 058
Кирпич 0.56

Средний показатель коэффициента сопротивления стен теплопередаче равен 3,5. Из общего значения 3.5 вычитается показатель сопротивления теплопередаче 20 мм штукатурки – 0.02 : 0.58 = 0.03 и 120 мм кирпича – 0.12 : 0.56 = 0.21 для первого случая. Либо 4 см штукатурного слоя 0.04 : 0.58 = 0.06 для второго варианта исполнения.

В первом варианте при использовании кирпичей, бетонная поверхность обеспечивает сопротивление теплопередаче с показателем 3.26. Если используется марка блоков D 600, толщина составит 45.6 см (2.26*0.14 = 456). При использовании D 800 рекомендуется выкладывать стену толщиной не меньше 68, 4 см (3.26*0.21=684). По аналогичной формуле рассчитываются стены с применением любого вида ячеистого бетона.

Вариант с оштукатуренной с двух сторон стены из показателя 3.5 следует отнять 0.06 – 4 см штукатурки. Дальше производятся расчеты для требуемой марки бетона в согласии с показаниями в таблице.

При выборе пенобетона для теплоизоляции учитываются такие аспекты:

  1. Марку материала. Линейка производителей предлагают блоки, которые обладают прочностью и теплоизоляцией.
  2. Размеры блоков или панелей и необходимый слой для утепления.

Итог

Пенобетон имеет замечательные характеристики и теплопроводность, он удерживает тепло и является экологически чистым материалом, как дерево. Для производства материала используют цемент, песок, воду и натуральный пенообразующий компонент. В доме, построенном из него, будет комфортно и тепло.

прочность, плотность пеноблоков, морозостойкость и теплопроводность пеноблоков

При выборе бетона или цемента покупатели ориентируются прежде всего на марку или класс прочности. Марочная прочность, предусмотренная ГОСТами, подразумевает деление на марки (м-200, м-300 и т.д) обозначая таким образом предел прочности на сжатие в кгс/кв.см. Классы прочности ( в-15, в-22.5 и т.д.) обозначают почти тоже самое, но с небольшими нюансами. Более подробную информацию по классификации бетона читайте в разделе классы и марки бетона. Для пенобетонных блоков имеет значение лишь один из этих параметров — класс прочности.

Несмотря на важнейшее значение класса прочности стенового материала, от которого зависит целостность и долговечность всей возводимой конструкции, производители и покупатели пенобетонных блоков наиболее часто упоминают другой параметр — плотность пеноблока. Плотность пенобетона обозначается литерой D c цифровым значением плотности в кг на куб.м. То есть плотность пенобетона D600 говорит о том, что кубометр такого пенобетона весит 600 килограмм (при условии определенной влажности).

Казалось бы, какая разница сколько килограмм весит куб пенобетона? Ну весит 600 и хорошо, весит 800 тоже неплохо. Это же не фундаментный блок из бетона, который при аналогичном размере весил бы две с половиной тонны. Для нагрузки на фундамент и перекрытия плотность пенобетона не имеет решающего значения. Пенобетон, как и все легкие бетоны ценится в основном не за свои легковесные качества. Его главная задача — обеспечить минимальную теплопроводность (маскимальную теплоизоляцию) стен, при сохранении необходимой прочности всей стеновой конструкции. Вот тут и кроется главный компромисс между прочностью и теплоизоляцией. Для примера приведем такую таблицу, в которой сопоставлены все основные характеристики пеноблоков.

Основное предназначение пеноблока Плотность пеноблока Класс прочности В Аналогичная марка бетона Коэффициент теплопроводности Коэффициент морозостойкости F
Теплоизоляционный контур стен D400 В0,75 М-10 0,09-0,10  
D500 В1 М-15 0,10-0,12  
Несущий и теплоизоляционный пеноблок D600 В2,5 М-35 0,13-0,14 F15-F35
D700 В3,5 М-45 0,15-0,18 F15-F50
D800 В5 М-60 0,18-0,21 F15-F75
D1000 В7,5 М-100 0,23-0,29 F15-F50
Несущие стены D1100 В10 М-150 0,26-0,34  
D1200 В12,5 М-150 0,29-0,38  

Как Вы видите, при увеличении плотности пеноблока повышается его прочность и теплопроводность. И если прочность лишней не бывает, то в случае с теплопроводностью все обстоит иначе. Более высоки коэффициент теплопроводности говорит о том, что материал хуже держит тепло, и так же плохо противостоит холоду, воздействующему на стены вашего дома со стороны улицы.

При снижении плотности пенобетона, происходит улучшение теплоизоляционных характеристик, но пропорционально падает и несущая способность стен из пеноблоков. Чем теплее пеноблок, тем меньшую нагрузку он способен выдержать.

Любопытно сравнение прочности пеноблоков с прочностью классического строительного бетона. Как Вы видите в таблице, марочная прочность стандартного пеноблока плотности D600 составляет всего М-35 (класс В2,5), что почти в десять раз меньше чем марка бетона, которую использовали для заливки Вашего фундамента (например тот же бетон м350).

Как выбрать нужную плотность пеноблоков (пенобетона)

Как мы уже выяснили, плотность пенобетонного блока напрямую связана с его теплоизоляционными характеристиками и несущей способностью. Чем теплее, тем слабее, чем прочнее, тем холоднее. Значит нужно искать компромисс.

Вариантов в общем не так уж и много. В большинстве случаев в качестве самостоятельного (конструкционного и теплоизоляционного) стенового материала строители используют пеноблоки плотностью D600-D700. Подобные блоки способны выдерживать нагрузку от монолитных перекрытий без устройства армопояса, или готовых плит перекрытий (но с обязательным устройством армопояса по периметру укладки плит). Безусловно, все виды деревянных перекрытий так же применимы в домах из пеноблоков такой плотности.

В качестве альтернативных решений строители создают многослойные конструкции. Где пеноблоки низкой плотности используются лишь в качестве теплоизоляционного материала, а роль несущих элементов достается кирпичу, пескобетонным блокам или монолитному бетону.

Все комбинированные конструкции с использованием пеноблоков желательно делать в виде контуров-оболочек. То есть, если есть стена из кирпича, то её нужно полностью облицевать пенобетонными блоками, а не делать это кусками или каким-то отдельными элементами. Несколько лет назад строители не особо доверявшие пенобетону использовали смешанные конструкции, когда угловые элементы здания выкладывались из пескобетонных блоков, а промежуток между этим вертикальными «столбами-углами» из пескобетонных блоков заполнялся пеноблоками. По периметру отливался армопояс (монолитная бетонная лента, распределяющая нагрузку от плит перекрытий на стены из пеноблоков) и ставились готовые плиты перекрытия.

Безусловным недостатком подобного решения является наличие холодных углов и стен в виде бетонных столбов-углов и армопояса. Современые строители вряд ли применяют подобные конструкции, но это было, и от того что было, многие страдают до сих пор. Особенно холодной зимой, когда внутри дома, на углах и под потолком появляется иней и плесень. Надеюсь, что немного помог Вам разобраться в марках, плотностях, теплопроводности и прочих важных характеристиках материалов, которые Вы покупаете. По всем невыясненным пенобетонным вопросам пишите на [email protected] С плотным и прочным непромерзающим приветом, Эдуард Минаев.

видео-инструкция по монтажу своими руками, коэффициент, фото

Практически каждый застройщик мечтает о том, чтобы его дом был теплым в холодные зимы, и прохладным – жарким летом. При этом они прибегают к разным ухищрениям для того, чтобы сделать условия проживания комфортными.

Одним из самых популярных материалов стал пенобетон, и очень важным параметров является низкая теплопроводность пеноблоков, из которых строятся новые жилые здания.

Теплопроводность – одна из основных характеристик пеноблоков

Причины применения пеноблоков

Вопросы экономии

Стоимость единицы объема невелика

Цена единицы объема относительно невысока, значит общая стоимость строительства значительно меньше такого же процесса, но с использованием другого материала для строительства. К примеру, использование пеноблоков дает экономию до 20%, по сравнению со строительством дома из кирпича. Характеристики здания, построенного из пеноблоков, ни в чем не уступают кирпичному зданию, а по некоторым параметрам его превосходят. (см. также статью Можно ли построить гараж из пеноблоков своими руками)

Пенобетон обладает практически такой же теплопроводностью, как и натуральная древесина. Теплопроводность кирпича выше почти в три раза, что приводит к дополнительным потерям тепла.

Как показывает практика, чтобы обогреть кирпичное здание, у которого стены имеют толщину в 40 см, требуется тепла почти в три раза больше, чем для здания с такой же толщины пеноблочными стенами. В наши дни, при постоянном росте цен на энергоносители, пенобетон приносит существенную экономию.

Достоинства пенобетона

Скорость кладки – одно из достоинств пеноблоков

  1. Сравнивая теплопроводность кирпича и пеноблока, нужно сказать, что теплоизоляционные свойства пенобетонов несколько раз лучше таких же свойств керамического и силикатного кирпича. Поэтому, при одинаковых теплоизоляционных показателях, стены могут иметь гораздо меньшую толщину.
    И значит, увеличивая толщину стен дома пенобетонными блоками, значительно улучшается теплотехника дома. (см. также статью Стена из пеноблоков своими руками – крепкая и надежная конструкция)
  2. Пенобетонные блоки обладают гораздо меньшей плотностью, чем кирпич, стены дома гораздо меньше весят, по сравнению с аналогичными – кирпичными. В результате существенно уменьшается нагрузка на фундамент, и значит он может быть сделан более облегченным.
  3. Использование лучших теплотехнических свойств пенобетона, существенно уменьшает затраты, связанные с обогревом здания.

Структура пенобетона

Большое количество воздуха в блоках

Своими великолепными качествами пенобетон обязан тому, что он имеет пористую структуру. Более 4/5 объема занимают полые замкнутые ячейки, то есть пенобетонный блок состоит как бы из окружающего нас воздуха.

Эти своеобразные воздушные капсулы отлично изолированы внутри бетона, и изменение температуры происходит очень медленно. Имея такие свойства стена, сложенная из пеноблоков, становится как бы термосом.

Изготовление пеноблоков

Процесс изготовления блоков

При производстве пеноблоков используется пеногенератор и смеситель, в котором под давлением пена перемешивается с раствором цемента. Чтобы ускорить процессы отвердевания, схватывания в раствор добавляются специальные присадки.

На выходе происходит получение ячеистого бетона, вода из которого удаляется естественным путем. Воздушные пузырьки равномерно распределяются по всему объему раствора, в результате чего плотность бетона значительно уменьшается. Кроме легкости пенобетон приобретает высокие характеристики, касающиеся тепло- и звукоизоляции.

Использование в строительстве

Фото дома из пеноблока

Пенобетонные стены возводятся чаще всего из блоков марки Д600, стандартные размеры которых составляют 20х30х60 см. Из пеноблока можно возводить дома до 3-х этажей.

Производство таких блоков позволяет практически идеально соблюдать их геометрию, что облегчает процесс кладки. Также стену можно выкладывать не на раствор, а на специальный клей, и при этом такая стена будет выглядеть ровно и монолитно.

Стены из пенобетона обладают долговечностью, так как этот материал, как и обычный бетон, добавляет в своей прочности с течением времени.

Еще один интересный материал – шлакоблок

Виды шлакоблока

Тепловые характеристики

Выбирая какой-либо строительный материал, нужно отталкиваться от его технических характеристик. И в частном домостроении получает широкое распространение шлакоблок. Одной из причин можно назвать довольно низкую его себестоимость, согласно которой его можно отнести к самым дешевым.

Но не только цена может привлечь внимание, но и его технические параметры, в частности низкая теплопроводность шлакоблока.Эта характеристика одна из самых низких среди всех материалов, использующихся при возведении стен.

Коэффициент теплопроводности шлакоблока лежит в пределах 0,27 – 0,65 Вт/м*К, а у кирпича этот показатель гораздо выше. Но с другой стороны проводимость тепла материалом определяется тем наполнителем, который используется при производстве шлакоблоков.

Если наполнителем служит ракушечник или древесные опилки, то показатели теплопроводности лежат в нижних пределах. В случае использования крупного щебня, то такие блоки будут менее теплыми, и теплопроводность шлакоблоков будет наибольшей. Зато они будут самыми прочными.

Кладка шлакоблока

Инструкция по кладке шлакоблока своими руками:

  1. Первый шаг – выставление углов. Делается это так, чтобы наружные стены образовали правильный прямоугольник, лежащий в горизонтальной плоскости. В каждый угол кладется шлакоблок, выравнивается с помощью уровня, натягивается леска или шнур, которые и будут ориентиром для кладки.
  2. На гидроизоляцию, расположенную на фундаменте наносится раствор и укладывается первый ряд.

    Кладем гидроизоляцию

Внимание: Первый ряд — самый важный, так как определяет то,насколько ровными будут последующие ряды.
Поэтому контроль горизонтальности и вертикальности должен быть очень тщательным.

  1. Раствор должен иметь толщину не более 1,5 см, так как это отрицательно скажется на теплоизоляционных свойствах кладки.
  2. Кладка каждого последующего блока, производится с помощью резинового молотка, для более плотного расположения материала.

Кладем шлакоблок

  1. Выступающий раствор удаляется кельмой, и используется при кладке следующих блоков.
  2. Кладка верхних рядов выполняется со строительных лесов.

Совет: Не стоит класть шлакоблок со стремянки.
Она недостаточно устойчива, на ней мало места и ее постоянно придется передвигать.

Вывод

Выбор того или иного материала остается за хозяином стройки, и только он знает все требования, которые предъявляются к стенам. В представленном видео в этой статье Вы найдете дополнительную информацию по этой теме.

Теплопроводность пеноблока

Многих строителей, да и простых обывателей не имеющих опыта работы с пенобетоном, терзает вопрос: чем он так хорош, что буквально за последнюю пятилетку создал серьезную конкуренцию традиционным строительным материалам? Изучив состав пеноблока, ответ на него становится очевиден: пористая структура наделяет эту разновидность легкого бетона сочетанием качеств, значимость которых трудно переоценить. Исключением не стала и теплопроводность пеноблока, демонстрирующая уровень его возможности пропускать тепло.

Можно проследить закономерность зависимости коэффициента теплопроводности от величины его плотности, и соответственно от прочности, а секрет такого соотношения кроется в микропорах, составляющих основу бетонного тела. Так, блоки обладающие малой плотностью отличаются значительными размерами структурных ячеек, это обстоятельство не только увеличивает способность их к сохранению тепла, но и снижает стойкость к воздействию динамических нагрузок, а особо прочный пенобетон, хуже сохраняет тепло в здании и имеет большую плотность, влияющую на вес изделия.

Выбор плотности вспененного бетона

Конечно, в первую очередь нормируемое значение прочности и плотности пенобетонных изделий определяются проектными данными будущего здания. Если же все расчеты производятся самостоятельно, то при вычислении теплопроводности стен учитываются следующие нормативные показатели:

  1. Значения теплотехнических параметров всех изделий и материалов, используемых при возведении здания.
  2. Сопротивление передачи тепла самого сооружения.
  3. Показатель градусосуток района строительства, его значение можно узнать из СНиПа 2-3-79.

После выявления этих параметров, следует простой математический расчет, заключающийся в суммировании величин сопротивления теплопередачи всех слоев несущей стены.

Как правило, постройка дома из пеноблоков, высота которого не превышает 3-х этажей, оптимальным вариантом будет качественный блок, обладающий плотностью D800. Стены, выполненные из них, обладают достаточным пределом прочности, чтобы выдержать нагрузки бетонной или монолитной плиты перекрытия, но только при обязательном устройстве армопояса. Если же предполагается перекрытие из дерева, то дополнительное усиление не понадобится. Еще одна вариация их применения при возведении надежного и теплого здания, является возложение функций несущего материала на кирпич, а для утепления берут пенобетонные блоки малой плотности.

Преимущества перед другим материалом

Дабы убрать оставшуюся долю сомнений о качестве выбора пенобетона на роль основного материала, стоит еще раз пересмотреть сравнительные преимущества этих изделий над другими материалами.

Дерево

В сравнении с деревом, у него намного выше прочность и ниже себестоимость, к тому же он выделяется отличной огнестойкостью, что нельзя сказать даже об обработанной специальными противопожарными веществами древесине. Уровень комфортабельности и экологичность пеноблочного строения не уступают зданию, построенному из дерева, при этом их на много проще монтировать.

Кирпич

По всем параметрам, за исключением прочности, обычный кирпич уступает пенобетону, именно поэтому при возведении зданий, высотностью более 3 этажей, предпочтение отдается кирпичу, а теплоизоляционными пеноблокам устраивается утепление. Такой вариант является самым качественным и экономичным, при строительстве многоэтажных зданий.

Газоблок

Газобетон хоть и хороший стеновой материал, но все-таки в его арсенале имеются серьезные отрицательные характеристики, он наиболее чувствителен к продолжительному воздействию воды. Поэтому для устройства гидроизоляции применяются дорогостоящие материалы, а для зданий с очень высоким уровнем влажности таких как бани, котельные, бассейны — газоблок категорически не рекомендуется, также у стен, возведенных из такого материала, присутствуют «мостики холода». Плюс ко всему, пеноблоки не такие вредные для окружающей среды, нежели газобетон.

Шлакоблок

Несмотря на то, что шлакоблок намного дешевле пеноблока, применять их в строительстве менее целесообразно, нежели ячеистые вспененные блоки. Во – первых, пенобетонные изделия имеют больший пространственный объем и меньшую плотность, следовательно блоки изготовленные из пенобетонной смеси в разы легче и экономичнее в плане расходов на кладочный раствор. Поэтому укладывать и перевозить их на много легче и быстрее, нежели шлакоблоки, во-вторых, ячеистые изделия имеют лучший показатель теплопроводности, чем шлакоблок, а вот прочность практически одинакова у обеих разновидностей.

Вывод

Отдавая предпочтение пеноблоку, хорошо изучите его качественные показатели для каждой плотности, и уже исходя из этих значений и из показателей погодных условий вычисляйте толщину стен и уровень теплопроводности здания. Неправильные расчеты могут привести к промерзанию строения, что выразится в больших затратах на отоплении здания.

Удачной стройки!

Теплопроводность пеноблока, от чего зависит, сравнение с кирпичом и минватой

Из-за разности температур воздуха внутри и снаружи помещения происходит перенос энергии через пеноблок. Такое явление присуще всем телам и получило название теплопроводности. Является одним из главных свойств и характеризует способность проводить тепло. Чем она меньше, тем лучше энергосберегающие показатели ограждающих конструкций строения (дом медленнее остывает и быстрее прогревается). Пенобетон имеет наименьшую термопроводность среди современных стройматериалов. Это обусловлено наличием в его внутренней структуре пор воздуха.

Оглавление:

  1. Измерение коэффициента
  2. На что влияет теплопроводность?
  3. Сравнение блока с минватой
  4. Характеристики кирпича

Способы испытаний

Теплопроводность пенобетона измеряют на пяти плоских образцах.

Методика:

  1. создание потока тепла;
  2. измерение температур на лицевой, тыльной поверхностях, теплового потока и толщины.

Коэффициент показывает, сколько энергии пропускает 1 м2 в единицу времени, его вычисляют по формуле:

λ = δ∙(Тл-Тт)/q, где:

  • δ — толщина образца;
  • Тл — температура лицевой стороны;
  • Тт — температура тыльной плоскости;
  • q — тепловой поток на 1 м2.

Термопроводность блоков пенобетона зависит от следующих основных факторов:

  • Плотность.
  • Состав компонентов.
  • Влажность.

Вид Марка Теплопроводность Вт/(м∙°C) в сухом состоянии, изготовленного на:
песке золе
Теплоизоляционный пенобетон D300-D500 0,08-0,12 0,08-0,10
Конструкционно-теплоизоляционный D600-D800 0,14-0,24 0,13-0,20
Конструкционный D1000-D1200 0,29-0,38 0,23-0,29

Чем меньше удельный вес, тем ниже коэффициент теплопроводности из-за значительного числа воздушных пор. Марки D300, D500 имеют самые лучшие теплозащитные свойства, но не получили распространения при строительстве бескаркасных домов вследствие низкой прочности. Такого недостатка нет у D600 и D700, которые наилучшим образом сочетают достаточную несущую способность и термопроводность. Но с целью сохранения теплопередачи может потребоваться увеличение ширины ограждающих конструкций, а D800 уже необходимо дополнительно утеплять. Более плотный пенобетон, как способ снижения термообмена, используют только с тепловой защитой.

Анализ теплопроводности разных марок пеноблоков, изготовленных на песке или золе, показывает большое влияние компонентов на этот показатель. Потери тепла в пенобетоне из золы меньше. Указанный эффект связан с её большим термическим сопротивлением. С повышением влажности термопроводность растёт и рекомендуется защищать отделкой наружные поверхности.

На что влияет?

От теплопроводности зависят поперечные размеры наружных стен возводимого дома. Её значения применяются для теплотехнических расчетов. Каждый застройщик может самостоятельно провести оценку требуемой ширины блока. Дополнительно потребуется величина нормативного сопротивления термоотдачи здания для региона застройки (Rreg), её берут из таблиц СниП. Искомая толщина стены (δ) вычисляется просто: δ= Rreg∙λ. Здесь λ — коэффициент теплопроводности, взятый из заводского сертификата. Для более точного расчета необходимо учитывать термопередачу кладочных швов, а также теплообмен между наружным и внутренним воздухом и плоскостью пеноблока.

Стройматериалы по функциональному назначению бывают:

  • Конструкционные (используются при создании каркаса сооружения).
  • Для утепления.

Первые характеризуются высокой термопроводностью — это тяжёлый бетон, армированный сталью. Лучше держит тепло кирпич, из утеплителей можно отметить минеральную вату. Пенобетон в зависимости от марки применяется как для создания несущих стен, так и для изоляции.

Сравнение с минватой

Минеральная вата относится к классу материалов, используемых при термоизоляции строений. Ее сопоставление правомерно проводить с блоками теплоизоляционного вида.

Наименование Теплопроводность, Вт/(м∙°C)
D300 0,08
D500 0,10-0,12
Каменная минвата 25-180 кг/ куб.м 0,037-0,04

Преимущества минеральной ваты:

  • Теплопроводность меньше в два раза. Это позволяет сделать размеры ограждающей конструкции более оптимальными с сохранением термообмена.
  • Удельный вес ниже в 1,7-12 раз — уменьшается вес утеплителя, его нагрузка на строение.

Недостатки:

  • Не имеет несущей способности — необходимо закреплять (пенобетон обладает достаточной прочностью).
  • Имеет склонность к осадке — увеличивается теплопередача сооружения.
  • В случае намокания растёт вес и увеличивается нагрузка на перекрытия, кровлю, повышается теплообмен.

Сравнение с кирпичом

Кирпич по составу бывает двух типов:

  • Керамический (производится из глины).
  • Силикатный (из кварцевого песка).

Определяющими термопроводность кирпича факторами являются:

  1. Плотность (чем больше, тем выше теплопроводность).
  2. Форма и размеры пустот (сквозные или глухие, щелевые или конические) позволяют снизить в 1,45-1,6 раза теплопередачу керамического по сравнению с полнотелым. Для силикатного эта зависимость слабее, термообмен практически не зависит от степени пустотелости.
  3. Влажность (увеличивает теплопередачу).

Сравнительный анализ показывает: потери тепла через пенобетон будут меньше.

Наименование Плотность, кг/м3 Теплопроводность, Вт/(м∙°C)
Пеноблок D600-D900 600-900 0,14-0,24
D1000-D1200 1000-1200 0,29-0,38
Керамический полнотелый кирпич 1600-1900 0,6-0,7
Красный пустотелый (13-50 %) 1300-1400 0,3-0,5
Силикатный полнотелый 1700-1900 0,65-0,88
Силикатный пустотелый (30 %) 1450-1550 0,56-,81


 

Численное и экспериментальное исследование изменения теплопроводности пенополистирола при различных температурах и плотностях

Определение теплопроводности изоляционных материалов в зависимости от каких параметров в применении, а также производстве имеет большое значение. В этом направлении следует определить параметры, влияющие на теплопроводность, для повышения эффективности теплоизоляционных материалов. Также фактом является то, что пенополистирольные блоки имеют разную теплопроводность при одном и том же значении плотности в зависимости от технологии производства.В этом исследовании экспериментально и численно было установлено, что теплопроводность пенополистирольного материала при различной плотности зависит от параметров и изменения температуры. Пенополистирольные материалы состоят из блоков плотностью 16, 21 и 25 кг/м 3 и толщиной 20 мм. Измерения теплопроводности проводились на приборе FOX 314 (Laser Comp., США), работающем в соответствии со стандартами ISO 8301 и EN 12667. Измерения проводились для пенополистирольных блоков при средних температурах 10°С, 20°С, 30°С и 40°С.Численное исследование состоит из трех этапов: получение электронно-микроскопических изображений (СЭМ) пенополистирольных блоков, моделирование внутренней геометрии конструкции с помощью программы САПР и реализация решений с помощью программы ANSYS на основе конечных элементов. Были определены результаты экспериментальных и численных исследований и параметры, влияющие на теплопроводность. Наконец, считается, что численные методы могут быть использованы для получения предварительного представления о материале EPS при определении теплопроводности путем сравнения результатов экспериментальных и численных исследований.

1. Введение

Рост населения мира и развитие промышленности увеличили потребность в энергии. Эта потребность вызывает потребление энергетических ресурсов и наносит большой ущерб окружающей среде. Энергия должна использоваться эффективно, чтобы уменьшить воздействие на окружающую среду из-за ограниченных ресурсов. Энергия потребляется в различных областях, таких как промышленность, транспорт, сельское хозяйство, собственность и другие сектора. Потребление энергии в домах составляет в развитых странах примерно 30% [1, 2]; поэтому снижение потребления энергии в зданиях важно как для экономики, так и для окружающей среды.Теплоизоляция, проводимая с целью минимизации теплопотерь в домах, является очень важным вопросом. Сегодня в качестве критериев оценки используются многие характеристики изоляционных материалов, такие как теплопроводность, толщина, пористость, прочность, звукопроницаемость, огнестойкость. Среди этих критериев на первый план выходит теплопроводность – основная характеристика изоляционных материалов.

Теплопроводность изоляционных материалов, используемых для домов, определена в среднем на уровне 10°C по европейским стандартам [3].Однако с учетом климатических условий средний температурный интервал колеблется от 0°С до 50°С. Исследование теплопроводности изоляционных материалов при различных температурах важно для эффективного использования энергии. В последнее время особенно популярными стали пеноизоляционные материалы из-за их низкой теплопроводности, и они получили широкое распространение, так как технология производства пенополистирола проста, себестоимость производства низкая [4], поры материала закрыты, материал водонепроницаемы и имеют низкую теплопроводность из-за содержащегося в них воздуха [5–10].

Теплопроводность материала изменяется в зависимости от определенных микроскопических параметров: величины ячеек, порядка ячеек, свойств теплового излучения и свойств клеящего материала [11]. Также поведение мономера стирола в его твердой фазе в зависимости от температуры существенно влияет на теплопроводность как пенополистирольного материала, так и воздуха в нем [3]. Изменение теплопроводности и механических свойств материалов определяли по плотности и технологическим параметрам [12].Экспериментально установлено, что теплопроводность уменьшается с увеличением плотности [13], а увеличивается или уменьшается с изменением критической толщины материала [7, 14]. Таким образом, необходимо изучить зависимость между температурой и плотностью теплопроводности пенополистирола, используемого для утепления жилых домов.

Очень важно правильно оценить значение теплопроводности. Необходимые измерения удельной теплопроводности были определены крупными исследователями [6, 12].Существует множество различных типов изоляционных материалов с различной структурой материала и с различными тепловыми свойствами. Чтобы получить правильные результаты, необходимо определить метод измерения в соответствии со всеми этими критериями. Значение теплопроводности можно определить тремя различными методами: экспериментальным, численным и аналитическим. Конкретный метод, который будет использоваться, зависит от типа материала. В литературе для определения теплопроводности изоляционных материалов в основном используются экспериментальные методы [3, 6, 7, 11, 13, 15], но также имеется ограниченное количество фундаментальных исследований, проводимых для изучения внутренней структуры с использованием численных методов. методы, а также экспериментальные методы [15–17].

За исключением нескольких исследований по численному определению теплопроводности, исследования, описанные в литературе, обычно проводились экспериментально. В этом исследовании использовались экспериментальные и численные методы, а затем сравнивались для определения теплопроводности пенополистирольного материала. Было подробно рассмотрено, являются ли численные методы действительными или нет. При проведении численного исследования рассматривались изображения на сканирующем электронном микроскопе (СЭМ), а исследование проводилось методом конечных элементов на основе программы ANSYS с учетом температурно-зависимого изменения теплопроводности воздуха и полистирольного материала. в пенополистироле.Исследовано изменение теплопроводности пенополистирольного материала при различных плотностях и температурах. Определены параметры, влияющие на теплопроводность пенополистирольного материала, и получено представление о том, что необходимо сделать для получения материалов с более низкой теплопроводностью.

2. Материал и метод

В исследованиях использовался пенополистирол производства фирмы TIPOR (Турция) толщиной 20 мм и плотностью 16, 21 и 25 кг/м 3 .

Для экспериментального определения теплопроводности материала EPS при средних температурах 10°C, 20°C, 30°C и 40°C использовались образцы размером . Образцы подвергались процессу сушки при 70°C в вентилируемой печи для полного удаления влаги перед проведением измерений. Измерения массы проводились с 24-часовыми интервалами в процессе сушки, и это продолжалось до тех пор, пока разница не составляла менее 0,2%. Когда желаемый интервал измерения был достигнут, процесс сушки завершался и начинались процессы измерения теплопроводности.В экспериментальных исследованиях использовали прибор FOX 314 (Laser Comp., США), работающий по стандарту ISO 8301 и измеряющий по принципу метода горячей пластины [18]. В этом методе с помощью датчиков измерялась величина теплового потока, возникающего в результате разности температур между горячей и холодной пластинами устройства, а теплопроводность рассчитывалась с использованием одномерного уравнения теплопередачи Фурье. Было проведено пять независимых измерений для определения теплопроводности образцов.Значение теплопроводности образцов рассчитывали как среднее значение пяти измерений.

Применение численных методов, использованных для определения теплопроводности пенополистирольного материала, проводилось с помощью блок-схемы, представленной на рис. 1. Для применения численных методов использовалась программа ANSYS 16.1 на основе конечных элементов Для моделирования геометрии использовалась программа AutoCAD 2016, а для анализа изображения — программа Matlab 2016.


Образцы, подготовленные для моделирования геометрии, были вырезаны в виде тонкой пластины для получения изображения их внутренней структуры и наклеены на медную полосу, поверхность которой была покрыта тонким слоем в устройстве для золочения. После процесса покрытия изображения были сняты с различными коэффициентами увеличения для образцов с различной плотностью в сканирующем электронном микроскопе (СЭМ). Были просмотрены полученные электронно-микроскопические изображения, изучена внутренняя структура материала, проведен анализ изображений и построена геометрическая модель.Исследование пикселей на изображении проводилось в соответствии с цветовыми тонами при анализе изображения при геометрическом моделировании, и границы воздуха и полистирольного материала, образующего пенополистироловый материал, стали более понятными. Геометрическое моделирование проводилось в программе AutoCAD 2016 с использованием изображений, полученных в результате анализа изображений. Некоторые исключения были сделаны для минимизации ошибок при формировании геометрии, и произошли изменения в связанных множествах.Таким образом, было сформировано множество моделей, и проведено исследование для удобной для изучения модели.

Проведен перенос моделей, геометрия которых сформирована программой ANSYS, для формирования сетевых структур и необходимых граничных условий. Элементы треугольника использовались для областей, образованных воздухом, который формировал поры, и полистирольные материалы из пор, а растворы применялись в узловых точках в соответствующих количествах для достоверности результатов.В процессе решения к правой и левой стенкам сформированной модели были заданы необходимые граничные условия для достижения средних температур 10°С, 20°С, 30°С и 40°С, как показано на рисунке 2. Для верхней и нижней стенок были заданы граничные условия изоляции и реализованы одномерные решения. Транспорт и теплопередача пренебрежимо малы, если диаметр ячейки меньше примерно на 4 мм [8]. В результате пренебрежение теплопередачей, поскольку она намного ниже при естественном переносе, не было ошибочным принятием с точки зрения правильности результатов.


Граничные условия следующие:

Температура и меняющаяся ситуация учитывались при определении свойств материалов для компонентов, образующих пенополистирол, необходимых при численном решении. Свойства материала для воздуха и полистирола, образуя расширенный полистирол, приведены в таблицах 1 и 2.


1



Температура (K) Плотность (кг / м 3 ) тепла (Дж/кг.К) Теплопроводность (Вт / мК)

278 1,269 1006 0,02401
283 1,246 +1007 0,02439
288 1.225 1007 0.02476
293 1.204 1007 0.02514
298 1,184 1007 0.02551
303 1,164 1007 0,02588
308 1,145 1007 0,02625
313 1,127 1007 0,02662
318 1.109 1007 0.02699


Температура (K) Плотность (кг / м 3 ) Удельное тепло (J /кг.К) Теплопроводность (Вт / мК)

240 тысяча семьдесят-один 998 0,1394
260 1060 1050 0,1453
280 1051 1140 1140 0.1507
300 1041 1230 0.1558 0.1558
320 1031 1310 0.1591
340 1021 1405 0,1616
360 1011 1500 0,1629

3. Результат и обсуждение
3.1. Экспериментальные результаты

Величина теплопроводности высушенного пенополистирола различной плотности экспериментально измерена для средних температур 10°С, 20 °С, 30 °С и 40°С с использованием метода измерения теплового потока. .Полученные результаты измерений представлены в табл. 3 и на рис. 3 в зависимости от температуры.

9004

1. Измерение 2. Измерение 3. Измерение 4. Измерение 5. Измерение
10 0,03333 0,03323 0,03330 0,03330 0.03322
20 0,03467 0,03455 0,03463 0,03461 0,03454
30 0,03591 0,03578 0,03586 0,03585 0,03576
40 0,03711 0.03698 0.03698 0,03706 0,03703 0,03696

На каждом значении плотности наблюдалисьВ результате этого исследования была определена степень падения или увеличения этого с использованием метода регрессии. Таким образом, балансы, выраженные как функция температуры, приведены в следующих уравнениях. Значение теплопроводности может быть определено с погрешностью всего 0,1% с использованием балансов (уравнений), полученных с помощью метода регрессии.

3.2. Измерения с помощью СЭМ

Электронно-микроскопическое изображение, представленное на рис. 4, было получено из пенополистирола плотностью 25 кг/м 3 в грубом соотношении величин для того, чтобы получить представление о внутренней структуре с точки зрения проведения числовых измерений. исследования.


При рассмотрении рисунка 4 стало понятно, что структура пор не является однородной и имеет две разные структуры пор для пенополистирола. Когда изображение, полученное с помощью электронного микроскопа, было получено при более близком увеличении, в котором пористая структура здесь представляет собой неправильную макропору, можно было наблюдать, что она имеет ячеистые поры, как показано на рисунке 5. Когда изображения, полученные в результате сканирующего электронного микроскопа ( Были изучены исследования СЭМ, было обнаружено, что зона, показанная черным цветом, представляла собой воздушную жидкость, а оставшаяся белая зона представляла собой твердый материал из полистирола.


Общеизвестно, что диаметр ячеек пор микроуровня для пенополистирола изменяется от 100 до 300  мкм мкм, а диаметры пор уменьшаются с увеличением плотности [8, 17]. При исследовании внутренних структур пенополистирола с различными значениями плотности было обнаружено, что размеры пор уменьшаются из-за увеличения плотности, как в литературе, как видно на рисунке 6. Многие изображения электронного микроскопа были исследованы с 16, 21, и 25 кг/м 3 образцов для пенополистирола, и было определено, что средние диаметры пор составляют приблизительно 141  мкм мкм, 116  мкм мкм и 95  мкм мкм соответственно.

В результате исследований был сделан выбор правильной модели, в которой более четко различаются воздух и полистирол, для проектирования геометрии внутренней конструкции. Выбранные изображения и изображения, полученные в результате обработки изображений, показаны на рисунке 7.

Конструкции геометрической модели были получены с использованием изображений электронного микроскопа, которые были переданы в программу ANSYS и для которых были реализованы численные решения. При выполнении численных решений предполагалось, что теплопередача происходит только путем пропускания.Величину теплопроводности находили численно, рассматривая ее как задачу теплопроводности: определяя одномерный тепловой поток или распределение температуры и используя уравнение теплопроводности Фурье.

Здесь определялся как средний тепловой поток, рассчитанный в программе ANSYS, определялся как разница температур между левой и правой стенками образцов и определялся как длина в пределах направления теплопередачи.

Решения были сделаны для средних температур 10°C, 20°C, 30°C и 40°C для смоделированных геометрий.Определяли среднюю величину теплового потока, передаваемого в результате растворов, и численно рассчитывали эффективное значение теплопроводности для каждого образца и значения температуры по уравнению 3. Данные, полученные из численных решений, можно найти в таблицах 4, 5, и 6 и рис. 8, 9 и 10. Данные измерения теплопроводности, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

9005
0504.Поиск в Google Scholar

(4) Wuebbles DJ, Wang D, Patten KO, Olsen SC. Анализ новых краткосрочных заменителей ГФУ с высоким ПГП. Geophys Res Lett. 2013;40(17):4767–71. 10.1002/grl.50908.Поиск в Google Scholar

(5) Молес Ф., Наварро-Эсбри Дж., Перис Б., Мота-Бабилони А., Барраган-Сервера А., Контомарис К. Альтернативы ГФУ-245fa с низким ПГП в органических циклах Ренкина для низкотемпературной рекуперации тепла: ГХФО-1233zd-E и ГФО-1336mzz-Z.Appl Therm Eng. 2014;71(1):204–12. 10.1016/j.applthermaleng.2014.06.055.Поиск в Google Scholar

(6) Wallington TJ, Sulbaek Andersen MP, Nielsen OJ. Химия атмосферы короткоцепочечных галогенолефинов: фотохимические потенциалы образования озона (POCP), потенциалы глобального потепления (GWP) и потенциалы разрушения озона (ODP). Хемосфера. 2015; 129:135–41. 10.1016/j.chemosphere.2014.06.092.Поиск в Google Scholar

(7) Рао П.К., Гейджи СП. Атмосферная деградация HCFO-1233zd(E), инициируемая радикалом OH, атомом Cl и молекулой O3: кинетика, механизмы реакции и последствия.J Fluorine Chem. 2018;211:180–93. 10.1016/j.jfluchem.2018.05.001.Поиск в Google Scholar

(8) Мота-Бабилони А., Махнатч П., Ходабанде Р. Недавние исследования по замене ГФУ синтетическими альтернативами с более низким ПГП: фокус на энергетических характеристиках и воздействии на окружающую среду. Int J Refrig. 2017; 82: 288–301. 10.1016/j.ijrefrig.2017.06.026.Поиск в Google Scholar

(9) Гроссман РС. Облегчение автомобильных сидений с помощью жидкого вспенивателя Solstice® (HFO 1233zd(E)).SAE Int J Mater Manuf. 2016; 9: 794–800. 10.4271/2016-01-0521.Поиск в Google Scholar

(10) Бронди К., Майо Э.Д., Бертучелли Л. Влияние фторорганических добавок на морфологию, теплопроводность и механические свойства жестких пенополиуретанов и полиизоциануратов. J Cell Plast [Препринт]. 2021 [цитировано 17 января 2021 г.]. 10.1177/0021955X20987152.Поиск в Google Scholar

(11) Аль-Моамери Х.Б., Набхан Б.Дж., Васми Т.М., Али Абдулрехман М. Влияние смесей пенообразователей на тепловые и механические свойства пенополиуретанов.Протокол конференции AIP. 2020;2213:020177. 10.1063/5.0000153.Поиск в Google Scholar

(12) Jang R, Lee Y, Song KH, Kim WN. Влияние зародышеобразователя на теплопроводность и деформацию при ползучести жестких пенополиуретанов, вспененных экологически безопасным пенообразователем. Макромол Рез. 2021; 29:15–23. 10.1007/s13233-021-9003-x.Поиск в Google Scholar

(13) Богдан М., Уильямс Д. Результаты последних полевых испытаний распыляемой пены с жидким вспенивающим агентом Solstice®.Материалы Технической конференции по полиуретанам; 22–24 сентября 2014 г .; Даллас, Техас, США; 2014. с. 638–49Поиск в Google Scholar

(14) Жидкий вспениватель Solstice. Техническая информация. © Honeywell International Inc; 2017. Доступно по адресу: https://www.fluorineproducts-honeywell.com/blowingagents/wp-content/uploads/2013/09/honeywell-solstice-lba-1233zd-technical-brochure.pdfПоиск в Google Scholar

(15) Нортон Ф.Дж. Теплопроводность и срок службы полимерных пенопластов.Джей Селл Пласт. 1967; 3 (1): 23–37. 10.1177/0021955X6700300101.Поиск в Google Scholar

(16) Болл Г.В., Херд Р., Уокер М.Г. Теплопроводность жестких пенополиуретанов. Джей Селл Пласт. 1970;6(2):66–75. 10.1177/0021955X7000600202. Поиск в Google Scholar

(17) Страница MC, Glicksman LR. Измерения коэффициентов диффузии альтернативных пенообразователей в изоляции из пенопласта с закрытыми порами. Джей Селл Пласт. 1992;28(3):268–83. 10.1177/0021955X9202800304.Поиск в Google Scholar

(18) Glicksman LR.Теплопередача в пенах. В: Хильярд, Северная Каролина, Каннингем А., редакторы. Ячеистые пластики низкой плотности. Дордрехт: Спрингер; 1994. с. 104–52. 10.1007/978-94-011-1256-7_5.Поиск в Google Scholar

(19) Biedermann A, Kudoke C, Merten A, Minogue E, Rotermund U, Ebert HP, et al. Анализ механизмов теплопередачи в жестком пенополиуретане. Джей Селл Пласт. 2001;37(6):467–83. 10.1106/KEMU-LH63-V9h3-KFA3.Поиск в Google Scholar

(20) Хардинг Р.Х. Взаимосвязь между ячеистой структурой и свойствами жесткой пены.Джей Селл Пласт. 1965; 1 (3): 385–94. 10.1177/0021955X6500100304.Поиск в Google Scholar

(21) Матис Н., Чандлер С. Ориентация и теплопроводность, зависящая от положения. Джей Селл Пласт. 2000;36(40):327–36. 10.1177/0021955X0003600406. Поиск в Google Scholar

(22) Gong W, Jiang TH, Zeng XB, He L, Zhang C. Экспериментально-численные исследования влияния клеточной структуры на механические свойства пенополипропилена. E-полимеры. 2020; 20: 713–23. 10.1515/epoly-2020-0060.Поиск в Google Scholar

(23) Guo A, Li H, Xu J, Li J, Li F. Влияние микроструктуры на свойства полистирольного микропористого вспенивающегося материала. E-полимеры. 2020;20:103–10. 10.1515/epoly-2020-0012.Поиск в Google Scholar

(24) Fang W, Tang Y, Zhang H, Tao W. Численный прогноз эффективной теплопроводности жесткого пенополиуретана. J Уханьский технический университет. 2017; 32:703–8. 10.1007/s11595-017-1655-1.Поиск в Google Scholar

(25) Ву Дж.В., Сун В.Ф., Чу Х.С.Теплопроводность пенополиуретанов. Int J Heat Mass Tran. 1999;42(12):2211–17. 10.1016/S0017-9310(98)00315-9.Поиск в Google Scholar

(26) Лим Х., Ким С.Х., Ким Б.К. Эффекты поверхностно-активного кремния в жестких пенополиуретанах. Экспресс Полим Летт. 2008;2(3):194–200. 10.3144/expresspolymlett.2008.24.Поиск в Google Scholar

(27) Хардинг Р.Х. Некоторые эффекты переноса газа на характеристики жесткой пены. Джей Селл Пласт. 1965; 1 (1): 224–8. 10.1177/0021955С6500100128.Поиск в Google Scholar

(28) Брандрет Д.А. Факторы, влияющие на старение жесткого пенополиуретана. J Терм Инсул. 1981;5(1):31–9. 10.1177/109719638100500103.Поиск в Google Scholar

(29) Бомберг М.Т., Кумаран М.К., Аско М.Р., Сильвестр Р.Г. Влияние времени и температуры на R-значение жесткой пенополиуретановой изоляции, изготовленной с использованием альтернативных пенообразователей. J Терм Инсул. 1991;14(3):241–67. 10.1177/10971963

00306.Поиск в Google Scholar

(30) SOLKANE 365 – Пенообразователи.Солвей Флуор ГмбХ. Доступно по адресу: https://www.solvay.com/sites/g/files/srpend221/files/tridion/documents/SOLKANE_365_Foaming_Agents_0.pdfПоиск в Google Scholar

(31) Zipfel L, Börner K, Krücke W. HFC-365mfc: универсальный вспениватель для жестких пенополиуретанов. Джей Селл Пласт. 1999;35(4):328–44. 10.1177/0021955X90404.Поиск в Google Scholar

(32) Кабулис Ю., Якушин В., Фишер ВПП, Рунданс М., Севастьянова И., Деме Л. Жесткие пенополиуретаны в качестве криогенной изоляции внешнего резервуара для космических ракет-носителей.IOP Conf Series Mater Sci Eng. 2019;500:012009. 10.1088/1757-899X/500/1/012009. Поиск в Google Scholar

(33) Доэрг ХП. Вспенивающие агенты ГФУ с нулевым ODP для пены для бытовой техники. Джей Селл Пласт. 1997;33(3):207–18. 10.1177/0021955X9703300302.Поиск в Google Scholar

(34) Гайдукова Г., Ивдре А., Фридрихсоне А., Веровкинс А., Кабулис Ю., Гайдуков С. Жесткие полиуретановые пены, полученные из полиолов, содержащих компоненты на биологической основе и переработанные компоненты и функциональные добавки. Индивидуальное растениеводство2017; 102:133–43. 10.1016/j.indcrop.2017.03.024.Поиск в Google Scholar

Металлические пеноматериалы улучшают теплообменники — вопросы и ответы

Ниже приведены вопросы, заданные во время мероприятия, вместе с соответствующими ответами.

В: Насколько однородна пена после сжатия?
A: Если коэффициент сжатия больше или равен 2x, результат будет очень однородным. Первоначально, когда вы начинаете сжимать пенопласт, вы, как правило, видите, что одна сторона куска начинает сжиматься первой, но к тому времени, когда вы достигаете двукратного сжатия, заметных изменений по толщине не наблюдается.Мы часто сжимаем большие блоки пенопласта в качестве исходного материала для резки и обработки более мелких деталей, и эти более мелкие куски не отличаются по плотности больше, чем естественная изменчивость несжатого пенопласта.

В: Насколько прочна пена при растяжении и какое давление может выдержать пенопластовый теплообменник?
A: Прочность на растяжение зависит от относительной плотности и уровня механического сжатия. Типичные значения предела текучести для несжатой пены находятся в диапазоне от 100 до 500 фунтов на квадратный дюйм для большинства применений.Сжатие пропорционально увеличивает механическую прочность, поэтому предел текучести 1000+ фунтов на квадратный дюйм является обычным для сжатой пены.

В: Какова изменчивость процесса производства пенопласта?
A: Пена классифицируется по номинальному значению PPI (количество пор на дюйм) и относительной плотности. Существует примерно +/-1 процентный пункт в изменении относительной плотности для каждого большого блока исходного материала, поэтому, когда обрабатываются более мелкие детали, конечная плотность может варьироваться примерно +/-1 процентный пункт.Поэтому, если мы нацелены на плотность 7%, мы обычно указываем приемлемый диапазон 6-8%. Значение PPI также является номинальным, и существует некоторая естественная изменчивость фактического размера пор. Это немного сложнее определить количественно, поскольку строгие измерения, основанные на данных КТ, все еще накапливаются. Однако перепад давления, который сильно зависит от размера пор, варьируется в пределах +/- 10 % при использовании постоянной настройки измерения. В ERG мы продолжаем создавать собственные наборы данных, и у нас еще не было никаких сюрпризов между прогнозируемой и фактической производительностью.

В: Как применяется пена для двухфазного охлаждения?
A: При кипячении в бассейне слой пенопласта, припаянный или припаянный к нагреваемой поверхности, может значительно увеличить площадь поверхности для кипения, а также нарушить образование паровой пленки и тем самым расширить критический предел теплового потока. Эти преимущества еще больше усиливаются при проточном кипячении, например двухфазном перекачивании, где активное перекачивание позволяет использовать поры меньшего размера и сжатые пены.

Q: Диапазон пористости металлической пены
A: Пористость можно контролировать путем утолщения связок и/или механического сжатия пены.Для несжатой пены пористость может варьироваться от 0,97 до 0,86 (объемная доля металла 3-14%, также известная как относительная плотность). Механическое сжатие может дополнительно расширить диапазон пористости до 0,5 (относительная плотность 50%).

В: Можно ли сделать пенопласт из двух разных металлов? Или с одним металлом, заполняющим пустоты в пене другого исходного металла?
A: Металлическая пена может быть покрыта металлом для получения биметаллической пены. Алюминиевая пена с никелированием — распространенная комбинация. Что касается заполнения пустот основной металлической пены другим сплавом — мы не видели такого применения, но пока температура плавления исходной пены выше, чем вливаемая пена, это должно быть возможно.Процесс будет таким же, как и при изготовлении теплообменника из ПКМ, где материал с фазовым переходом (ПКМ) вливается в пену в расплавленном состоянии и впоследствии затвердевает.

В: Видите ли вы какие-либо приложения в аккумуляторных батареях для электромобилей?
A: В открытой литературе есть многочисленные исследования, демонстрирующие использование теплообменников PCM на основе металлической пены для регулирования температуры литий-ионных аккумуляторов в электромобилях. Подход PCM привлекателен, потому что он может обеспечить пассивное охлаждение для отключений ограниченной продолжительности (например,г. 30 минут в пути, после чего следует период бездействия, в течение которого PCM может остыть и снова затвердеть). Высокая теплопроводность металлической пены может значительно уменьшить температурные градиенты в таких растворах PCM.

В: Как сжатый, так и несжатый пенопласт демонстрируют значительно более низкую теплопроводность по сравнению с твердым материалом в том же материале. Откуда эта разница?
О: Когда мы говорим о теплопроводности пенопласта, мы имеем в виду эффективную теплопроводность объемного материала, а не исходного сплава.Когда у вас есть пористый материал, который в основном представляет собой пустое пространство, эффективная проводимость будет ниже. Эффективная проводимость ребристых сердечников также ниже, чем у основного материала. В обоих случаях, если вы посмотрите локально на теплопроводность внутри каждой связки или ребра, то она будет такой же, как у алюминия или меди, из которых они были изготовлены.

В: Можно ли использовать пенопласт в качестве прямого радиатора без принудительной вентиляции?
О: Да. Металлическая пена успешно используется в радиаторах с естественной конвекцией, особенно в ситуациях, когда существуют жесткие ограничения на форм-фактор, например, при необходимости использования радиатора с очень низким профилем.Типичным применением этих радиаторов является охлаждение светодиодных ламп. В нашем обзорном видеоролике ERG есть тематическое исследование светодиодного радиатора, используемого в освещении дронов.

В: Какие соображения следует принять во внимание, чтобы свести к минимуму усилия по изготовлению и укладке (и, следовательно, стоимость деталей), когда речь идет о паяных интерфейсах?
A: ERG успешно припаивает пенопласт к металлическим корпусам на протяжении десятилетий и разработала методы, обеспечивающие хороший контакт при пайке и прочное паяное соединение. Фактически, пайка пеной может быть проще, чем пайка традиционных ребер, потому что пена сжимаема; это позволяет сжать пенопластовые связки в корпусе, не сгибая все ребро в сторону, что может произойти, если допуск на ребрах и корпусе хоть немного нарушен.Металлическая пена также может быть локально сжата на поверхности, что позволяет увеличить площадь поверхности в месте пайки.

В: Каковы рекомендации по фильтрации жидкостей, чтобы избежать засорения металлической пеной?
A: Обычно мы рекомендуем фильтровать до 1/2 среднего размера пор. Существует естественное распределение размеров пор, и 50 % ниже среднего соответствует примерно двум стандартным отклонениям, поэтому > 95 % пор будут больше этого размера и, следовательно, без проблем пройдут эти размеры частиц.Средний размер пор для поролона 40 PPI составляет ~1 мм, поэтому мы рекомендуем для этого поролона фильтр размером не менее 500 микрон. Если пена сжата, то потребуются более строгие требования к фильтрации. Это можно оценить в каждом конкретном случае, учитывая как уровень компрессии, так и направление компрессии.

В: Какие примеры многофункциональных применений с использованием пенометалла для теплообменников и чего-то еще?
A: Это отличный вопрос, который помогает подчеркнуть некоторые преимущества многофункциональных возможностей металлической пены.Мы обнаружили, что металлическая пена может применяться на системном уровне для выполнения сразу нескольких функций. Эта презентация была посвящена теплопередаче, но у металлической пены есть много других применений для дизайна. Например, металлическая пена может применяться в качестве конструктивного элемента, который также является теплоотводом и дополнительно обеспечивает некоторую защиту от электромагнитных помех, гашение вибрации и ослабление ударов. Мы будем рады подробно рассказать об этих возможностях.

В: Каковы тепловые характеристики по сравнению с обычными микроканалами?
A: В однофазном потоке металлическая пена превосходит практически любую конкурирующую технологию, особенно в ситуациях, когда падение давления является второстепенной задачей.Количественное сравнение будет зависеть от конкретных сравниваемых микроканалов, а также от геометрии и ограничений по перепаду давления. В двухфазном потоке (где чаще всего используются микроканалы) по-прежнему не хватает данных испытаний с использованием металлической пены, и в ERG мы активно проводим двухфазные испытания, чтобы заполнить этот пробел в знаниях. Мы ожидаем, что сочетание чрезвычайно большой площади поверхности и небольшого гидравлического диаметра будет очень выгодным в приложениях двухфазного охлаждения.

В: Каков диапазон размера заливки?
A: Для алюминия и меди обычные размеры пор составляют 5, 10, 20 и 40 PPI. PPI (пор на дюйм) является номинальным значением, а фактический размер пор находится в диапазоне 1-2,5 мм.

В: Каков минимальный размер заливки для теплопередачи?
A: В большинстве применений для теплопередачи в виде металлической пены используется алюминиевая или медная пена, плотность которых варьируется от 5 до 40 PPI. Это номинальные значения пор на дюйм (PPI), а фактический размер пор для пенопласта 40 PPI составляет ~ 1 мм в диаметре.Однако эффективный размер пор может быть значительно уменьшен путем сжатия пены в 4-6 раз при одновременном пропорциональном увеличении площади поверхности на единицу объема. В некоторых специализированных приложениях мы также использовали керамические пены (например, SiC) для теплопередачи, где возможно > 200 PPI.

В: Можете ли вы поделиться данными о форме и толщине связок из медной пены для различных PPI и пористости?
A: Измерения формы и толщины связки для алюминиевой пены применимы и к медной пене (для тех же PPI и относительной плотности).Существует достаточное количество опубликованной литературы, документирующей морфологию алюминиевой пены, как с использованием оптических, так и с помощью компьютерной томографии. Мы были бы рады сослаться на часть этой литературы, и мы также можем поделиться некоторыми внутренними данными, в зависимости от вашего приложения и потребностей.

В: Слайд 11: Имеются ли аналогичные данные по ширине ячеек и ширине пор в других ИЦП для меди и алюминия?
A: Данные на слайде 11 в презентации применимы как к медной, так и к алюминиевой пене.Хотя существует больше данных, диапазон PPI по-прежнему ограничен 5-40 PPI, которые ERG предлагает для пеноматериалов из алюминия и меди.

В: Как мы контролируем размер пор?
A: Это часть запатентованного процесса производства металлической пены. Однако полезно отметить, что размер пор и размер ячеек контролируются независимо от толщины связок и пористости (т. е. объемной доли пустот или металла), что является значительным и уникальным преимуществом металлической пены Duocel.

В: Можно ли использовать эти пены в качестве фитилей в тепловых трубах и испарительных камерах?
A: Хотя это не было подтверждено экспериментально, ожидается, что сжатые пенопласты будут развивать капиллярные силы, необходимые для того, чтобы они служили в качестве фитилей.Хотя в форм-факторе тепловых трубок могут возникнуть некоторые проблемы с компоновкой, мы считаем, что испарительные камеры являются очень многообещающим применением.

В: Были ли созданы или проанализированы варианты, в которых металлический пенопласт используется в качестве «утолщенной» сердцевины для паровых камер на испарителе и конденсаторе с другими средствами для перемещения жидкости между концами? Есть ли у этой конфигурации какие-то достоинства на первый взгляд?
A: Если я правильно понял ваш вопрос, вы спрашиваете, может ли пена служить проницаемым конструктивным элементом, разделяющим горячую и холодную стороны паровой камеры, а функцию впитывания выполняет другой пористый материал.Мы считаем, что это действительно было бы очень хорошим применением металлической пены. В то время как металлическая пена с закрытыми порами является превосходным многослойным материалом сердцевины для чисто конструкционных применений, проницаемая природа металлической пены с открытыми порами позволяет ей выполнять ту же структурную функцию, а также обеспечивает свободный поток смеси жидкости и пара повсюду. Более того, использование пенопласта может иметь значительные преимущества с точки зрения технологичности, поскольку его можно резать, обрабатывать, формовать и склеивать с большой легкостью и гибкостью.

В: Как бы вы смоделировали это в CFD?
О: Решить реальную структуру связок с помощью сетки было бы невозможно ни для чего, кроме фундаментальных исследований, ориентированных на CFD. Тем не менее, очень практичным и эффективным способом выполнения CFD-моделирования, ориентированного на проектирование, является использование подхода с пористой средой, когда пена моделируется как проницаемый блок материала с заданными пользователем свойствами, такими как объемная теплопроводность, проницаемость, удельная поверхность. площади и коэффициента теплопередачи.Эти свойства должны быть получены экспериментально посредством фундаментальных испытаний, но однажды измеренные, они могут применяться для анализа любых новых конструкций с высокой степенью достоверности. Альтернативный подход к получению характеристик потока и теплопередачи заключается в проведении «численных экспериментов» с использованием высокоточной вычислительной гидродинамики (например, LES) на периодической геометрии «элементарной ячейки», разрешенной с помощью сетки. При этом основные черты связок и клеток сохраняются, а структура упрощается и идеализируется (т.г. как тетракадекаэдр), чтобы можно было использовать периодические граничные условия. Это просто еще один способ получить фундаментальные свойства, но они по-прежнему будут применяться к модели пористой среды при решении задач проектирования макромасштаба (например, полная охлаждающая пластина или теплообменник).

UNT Блок из фенольной пены для строительных изоляционных материалов Поставщики и производители — Китайская фабрика

информация о продукте

UNT Блок из фенольной пены для строительной изоляции

Исключительно высокий уровень закрытых ячеек и мелкоячеистая структура обеспечивают превосходные тепловые свойства фенольной пены.Фенольные пенопласты с закрытыми порами являются наиболее термически эффективными общедоступными изоляционными материалами. Продукт изготавливается в различных формах, включая блоки, непрерывно производимые ламинаты с гибким лицевым покрытием, ламинаты с жестким лицевым покрытием и композитные панели в дополнение к узкоспециализированным применениям, таким как противопожарные двери и формованные изделия. Будучи основанным на фенольной смоле, он обладает превосходными характеристиками возгорания и чрезвычайно низким выделением дыма при воздействии источника пламени.

UNT Phenolic Foam Block – это высокоэффективный энергосберегающий изоляционный материал с хорошей теплопроводностью и огнестойкостью.Phenolic Foam Block прошел испытания на огнестойкость E84/BS в соответствии со стандартами ASTM с доказанными результатами распространения пламени 10 и образования дыма 0, что соответствует большинству североамериканских и европейских стандартов строительной инспекции.

С помощью станков для резки с ЧПУ пенопластовый блок можно разрезать на определенные секции изоляции труб, опоры для труб и изоляционные плиты.

Преимущества фенольных пеноблоков:

Изоляционный материал с закрытыми порами, высокие тепловые характеристики

Огнестойкость (BS476, части 6 и 7, класс 0, с утвержденным и проверенным отчетом об испытаниях)

Влагостойкость с низкой паропроницаемостью и низкое водопоглощение

Легкий вес, но с превосходной конструкционной прочностью

Экологически чистый материал, не содержит хлорфторуглеродов и гидрохлорфторуглеродов

Применение:

Используется в системе ОВКВ в качестве изоляционной плиты воздуховода или предизолированной плиты воздуховода

Используется в технологических/нефтехимических применениях для изоляции трубопроводов, резервуаров, резервуаров

Используется в кровельных работах, полых панелях, наружных стеновых панелях, системах сухой облицовки гипсокартоном, изоляции стен, изоляции полов и в качестве облицовочной плиты

Специализированные применения, включая противопожарные двери, высокоогнестойкие панели и для изоляции надводных кораблей, морских установок и подводные лодки.

 

Доступные цвета: оранжевый, зеленый, серый

Доступные размеры: 2 м*1 м*0,8 м, 1 м*1 м*0,8 м, 2 м*1 м*0,6 м, 1 м*1 м*0,6 м

Доступная плотность: 35 -160 кг/м3

Благодаря своим превосходным продуктам и качественным услугам UNT Duct является одним из ведущих пенопластовых блоков для производителей и поставщиков строительной изоляции в Китае. Добро пожаловать на покупку высококачественной и индивидуальной продукции на нашем заводе. Мы предложим вам лучший сервис и быструю доставку.

%PDF-1.7 % 420 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 420 139 0000000016 00000 н 0000003985 00000 н 0000004221 00000 н 0000004248 00000 н 0000004302 00000 н 0000004338 00000 н 0000004884 00000 н 0000005009 00000 н 0000005214 00000 н 0000005338 00000 н 0000005455 00000 н 0000005580 00000 н 0000005705 00000 н 0000005828 00000 н 0000005953 00000 н 0000006079 00000 н 0000006201 00000 н 0000006326 00000 н 0000006443 00000 н 0000006561 00000 н 0000006686 00000 н 0000006813 00000 н 0000006932 00000 н 0000007051 00000 н 0000007170 00000 н 0000007289 00000 н 0000007408 00000 н 0000007526 00000 н 0000007644 00000 н 0000007773 00000 н 0000007892 00000 н 0000008057 00000 н 0000008198 00000 н 0000008366 00000 н 0000008535 00000 н 0000008685 00000 н 0000008765 00000 н 0000008845 00000 н 0000008926 00000 н 0000009006 00000 н 0000009086 00000 н 0000009166 00000 н 0000009246 00000 н 0000009325 00000 н 0000009405 00000 н 0000009484 00000 н 0000009565 00000 н 0000009645 00000 н 0000009725 00000 н 0000009804 00000 н 0000009884 00000 н 0000009964 00000 н 0000010043 00000 н 0000010122 00000 н 0000010201 00000 н 0000010279 00000 н 0000010358 00000 н 0000010435 00000 н 0000010515 00000 н 0000010595 00000 н 0000010675 00000 н 0000010756 00000 н 0000010836 00000 н 0000010916 00000 н 0000010997 00000 н 0000011078 00000 н 0000011371 00000 н 0000012073 00000 н 0000012622 00000 н 0000012701 00000 н 0000013833 00000 н 0000014001 00000 н 0000014523 00000 н 0000014948 00000 н 0000015120 00000 н 0000016101 00000 н 0000016321 00000 н 0000017009 00000 н 0000017678 00000 н 0000017905 00000 н 0000018211 00000 н 0000018321 00000 н 0000019555 00000 н 0000019707 00000 н 0000020091 00000 н 0000020412 00000 н 0000020767 00000 н 0000020963 00000 н 0000021026 00000 н 0000022213 00000 н 0000023490 00000 н 0000023716 00000 н 0000023903 00000 н 0000025072 00000 н 0000025425 00000 н 0000026723 00000 н 0000027998 00000 н 0000031444 00000 н 0000031738 00000 н 0000037987 00000 н 0000043799 00000 н 0000048443 00000 н 0000095699 00000 н 0000117366 00000 н 0000117825 00000 н 0000118022 00000 н 0000118306 00000 н 0000118368 00000 н 0000119587 00000 н 0000119800 00000 н 0000121369 00000 н 0000121623 00000 н 0000122161 00000 н 0000122283 00000 н 0000145615 00000 н 0000145654 00000 н 0000146177 00000 н 0000146283 00000 н 0000194748 00000 н 0000194787 00000 н 0000194845 00000 н 0000195079 00000 н 0000195200 00000 н 0000195313 00000 н 0000195451 00000 н 0000195582 00000 н 0000195771 00000 н 0000195922 00000 н 0000196091 00000 н 0000196275 00000 н 0000196441 00000 н 0000196645 00000 н 0000196786 00000 н 0000196931 00000 н 0000197120 00000 н 0000197269 00000 н 0000197522 00000 н 0000003811 00000 н 0000003140 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 558 0 объект >поток xb«f«AD؀,W&X\b>0M(dѕ5GSmWdcy)*Yl X;[,2Rn^Z/6U,gC^6VNr:;'{mN*#p G[A*|{}WօEw$ d|lM;t~/1hqڡ`VHV!C}YqWN+eBJJƦaH

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *


Средняя температура (° C) Средний тепловой флюс (W / M 2 ) Длина (M) Разница температур () Эффективное теплопроводность ( Вт/м.К)

10 728569 10 0,03424
20 745446 10 0,03504
30 770785 10 0,03623
40 800148 10 0,03761

+

Средняя температура (° С) Средний тепловой поток (Вт/м 2 ) Длина (м) Разность температур () Значение эффективной теплопроводности (Вт/м.К)

10 705,730 10 0,03317
20 724,935 10 0,03407
30 743,859 10 0,03496
40 759,697 10 0,03571


Средняя температура (° С) Средний тепловой поток (Вт/м 2 ) Длина (м) Разность температур () Значение эффективной теплопроводности (Вт/м.К)

10 669,119 10 0,03145
20 693,253 10 0,03258
30 717,979 10 0,03375
40 733,428 10 0,03447




по результатам, изменение теплопроводности с плотностью показана на рисунке 11.


4. Выводы

Знание того, от каких факторов изменяется значение теплопроводности, является очень важным вопросом, важным параметром для материалов, используемых для снижения потерь энергии. В результате исследований известно, что величина теплопроводности изменяется в зависимости от распределения, размера и соотношения пор для материалов с пористой структурой, а для материала из пенополистирола (ВПС) исследований недостаточно. Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту опубликованную статью.

На изображениях внутренней структуры пенополистирола с различными значениями плотности было установлено, что компоненты материала состоят из полистирола и большого количества воздуха. Как упоминается в литературе, если пористость исследуется на макроуровне, уровень пористости составляет около 4-10%, а известно, что микропористость составляет от 97 до 99% [17]. Причина различных значений плотности пенополистирола связана с количеством содержащихся в нем пор.

Причина, по которой в исследовании пенополистирола наблюдаются разные значения плотности, связана с количеством содержащихся в нем пор.Было обнаружено, что количество пор уменьшается с увеличением значения плотности. Кроме того, тот факт, что диаметры клеточных пор уменьшаются с увеличением плотности, подтверждается электронно-микроскопическими изображениями. Из результатов видно, что значение теплопроводности экспериментально уменьшается в результате увеличения плотности. Здесь ожидается из-за увеличения плотности уменьшение количества пор, а за счет этого и увеличение значения теплопроводности.Можно сделать вывод, что причина контраста пенополистирольных материалов заключается в том, что теплопередача осуществляется только при теплопроводности между двумя однородными твердыми поверхностями; плотность увеличивается из-за того, что перенос, происходящий в твердом материале и воздушном пограничном слое, и скорость воздуха очень малы, а теплообмен с конвекцией находится на пренебрежимо малом уровне в результате уменьшения диаметров пор ячеек с увеличением в плотности.

При сравнении результатов, полученных с помощью экспериментальных и численных исследований, было установлено, что они совпадают между собой между значениями 1% и 5%.Причины этой ошибки связаны с двумерными структурами численного исследования, исключениями, сделанными во время моделирования, и определенными характеристиками материалов компонентов.

В литературе видно, что теплопроводность пенополистирола при одинаковой толщине и разной плотности различна [3, 6, 7]. Когда были исследованы внутренние структуры различных образцов с различной плотностью, было решено, что причина, по которой они имеют разную теплопроводность, может быть связана с диаметром сотовых пор [14].Установлено, что величина теплопроводности пенополистирола зависит от размеров пор материала, изменения температурных и тепловых свойств компонентов, массива пор и позволяет использовать численные методы получить предварительное представление при определении теплопроводности.

Доступность данных

В статью включены экспериментальные данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования. Числовые данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, можно получить у соответствующего автора по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Работа выполнена при поддержке Группы координации научно-исследовательских проектов Университета Кырыккале (грант №: 2016/114).

Теплопроводность

8,3 0,033 0,02 0,0001 0.12-0.04
Материал Теплопроводность
(кал/с)/(см 2 Кл/см)
Теплопроводность
(Вт/м·К)*
Алмаз 7 7… 1000
Silver 1,01 406,0
Медь 0,99 385,0
Gold … 314
Brass … 109.0
алюминий 0.50 205.0
Iron 0.163 795
Сталь 50.2
Свинец 0,083 34,7
Ртуть …
Лед 0,005 1,6
Стекло, обычный 0,0025 0,8
Бетон
0,002 0,8 0,8
Вода при 20 ° C 0,0014 0,614 0.6
Asbestos 0,0004 0.08
Снег (сухой) 0,00026
0,04 0,04
Кирпич, Изоляционный 0.15
Кирпич, красный 0.6
0.04 0,04
шерстяная война 0,04 0,04
Rock Wath 0,04
Полистирол (пенополистирол)
Полиуретан …
Вуд
воздух на 0 ° C 0 ° C 0,000057 0.024
0.138
Водород (20 ° C) 0.172
Азот (20°C) 0.0234
Кислород (20 ° C) 0.0238
Silica Airgel 0,003

*Большинство из Юнга, Хью Д., Университетская физика, 7-е изд. Таблица 15-5. Значения для аэрогеля алмаза и кремнезема из CRC Handbook of Chemistry and Physics.

Обратите внимание, что 1 (кал/сек)/(см 2 Кл/см) = 419 Вт/м·К. Имея это в виду, два приведенных выше столбца не всегда совпадают.Все значения взяты из опубликованных таблиц, но не могут считаться достоверными.

Значение 0,02 Вт/мК для полиуретана можно принять за номинальную цифру, которая делает пенополиуретан одним из лучших изоляторов. NIST опубликовал процедуру численного приближения для расчета теплопроводности полиуретана на http://cryogenics.nist.gov/NewFiles/Polyurethan.html. Их расчет для наполненного фреоном полиуретана плотностью 1,99 фунт/фут 3 при 20°C дает теплопроводность 0.022 Вт/мК. Расчет для наполненного полиуретана CO 2 с плотностью 2,00 фунт/фут 3 дает 0,035 Вт/мК.

Index

Tables

Reference
Young
Ch 15.

Влияние плотности, фононного рассеяния и нанопористости на теплопроводность анизотропных целлюлозных нанокристаллических пен приготовили анизотропные пены из дисперсий нанокристаллов целлюлозы (CNC) методом ледяного шаблона или лиофилизации с последующей сушкой вымораживанием.CNC предлагают более широкий диапазон концентраций дисперсии, чем, например, дисперсии CNF, которые превращаются в гель при относительно низком содержании твердого вещества

19 и становятся очень вязкими и трудными для обработки. Плотность лиофилизированных и лиофилизированных пенопластов напрямую связана с содержанием твердого вещества в исходных жидких дисперсиях, и мы рассмотрели диапазон концентраций дисперсии от 2,0 до 10,5% масс. (рис. 1а). Более разбавленные дисперсии не дают самостоятельных пен без добавления связующих веществ или добавок, в то время как более концентрированные дисперсии трудно перерабатываются из-за их высокой вязкости.Корреляция между концентрациями дисперсии и плотностью пены представлена ​​в дополнительной таблице S1, а пены будут называться, как указано в крайнем правом столбце, с аббревиатурой, указывающей их сухую плотность (в кг м -3 ). .

Рисунок 1

Анизотропные пеноматериалы, полученные путем лиофильного литья водных дисперсий; ( a ) Концентрация дисперсии CNC и соответствующие диапазоны плотности пены, изученные здесь. Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) изображений поперечных сечений столбчатых макропористых структур для пен с плотностью; ( b ) 40 кг м −3 ; и; ( c ) 130 кг м −3 .Изображения стенок пенопласта, полученные с помощью сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения (HRSEM), наблюдаемые в лиофилизированных и лиофилизированных пенопластах с плотностью; ( d ) 40 кг м −3 ; и; ( e ) 130 кг м −3 . Толщина стенок пенопласта указана желтыми стрелками.

Пены были произведены с использованием CNC CelluForce с диаметром 4,3 ± 0,8 нм и длиной 173 ± 41 нм (дополнительный рисунок S1), что соответствует среднему соотношению сторон около 40. CNC имеют сульфатные полуэфиры в качестве поверхности. группы и поверхностный заряд 0.31 ± 0,01 ммоль ОСО 3 г –1 .

Макропоры, т. е. поры, окруженные стенками из пены с ледяным шаблоном, имеют столбчатую форму из-за однонаправленного роста льда (дополнительный рис. S2) с удлиненными поперечными сечениями (рис. 1b, c). Пористость пен ЦНК, определенная гравиметрически в безводной атмосфере, колебалась от 98,3 до 91,3%, что соответствует пенам плотностью 25 и 130 кг·м -3 соответственно.Толщина стенок пенопласта увеличивалась с увеличением плотности в диапазоне от нескольких сотен нанометров для пен низкой плотности (25–40 кг·м −3 ) (рис. 1d) до нескольких микрометров для пен высокой плотности (130 кг·м −3 ). ) пены (рис. 1e).

Замораживание ориентирует анизотропные частицы в направлении замерзания 20 , которое в дальнейшем будет называться осевым направлением, а радиальное направление относится к направлению, перпендикулярному направлению замораживания (рис.2а, вставка). Пены обладают иерархической пористой структурой, имеющей не только макропоры, но и нанопоры внутри стенок пены, как показывают измерения сорбции азота (рис. 2а).

Рисунок 2

Пористость и выравнивание пеноматериалов с ЧПУ. ( a ) Объем нанопор, определенный по изотермам адсорбции N 2 в стенках из CNC-пены в зависимости от плотности пены. Вставка Схематическое изображение структуры анизотропной пены и пенопластовых стенок. ( b ) Параметр ориентации частиц пенопласта CNC в зависимости от плотности пенопласта. Вставка Типичная рентгенограмма (XRD) 2D-картина CNC-пены (угол \(\phi\), изображенный на изображении, определен в разделе «Методы»). ( c ) Диаметр поперечного сечения макропор как функция плотности пены (пустые треугольники относятся к длине и ширине удлиненных поперечных сечений макропор, закрашенные квадраты относятся к среднему значению обоих размеров). ( d ) Выравнивание столбцов макропор, оцененное с помощью анализа изображения SEM в зависимости от плотности пены.

Объем нанопор CNC-пен увеличивается с увеличением плотности до плотности пены 34 кг·м −3 (CNC-пены 34 ), с последующим уменьшением объема нанопор с увеличением плотности для более плотных пен; от 7,5 мм 3 г −1 для пенопласта с ЧПУ 34 до примерно 1,6 мм 3 г −1 для пенопласта с ЧПУ 88 и выше. Максимальный объем нанопор соответствует диапазону концентраций начала образования холестерической фазы в водной дисперсии НЦ 21 .Уменьшение объема нанопор с увеличением плотности пены может быть связано с более плотной упаковкой частиц НЦ, так как лиофилизация осуществляется при концентрациях дисперсии с увеличением количества холестерической фазы 22,23 . Интересно отметить, что даже пеноматериалы CNC с самой высокой нанопористостью, CNC 34 , демонстрируют в четыре раза меньший объем нанопор по сравнению с пенопластами CNF 24 , полученными замораживанием, где плотной упаковке препятствует запутывание изогнутых и гибких структур. нанофибриллы.

Ориентация (частично) кристаллических частиц CNC в пенах может быть оценена с помощью измерений XRD путем извлечения параметра ориентации частиц, также называемого параметром ориентации Германса (\(\overline{P}_{2}\) ). Параметр ориентации частиц в пеноматериалах CNC колеблется и колеблется от \(\overline{P}_{2} = 0,49\) для пен средней плотности (пены CNC 40 ) до \(\overline{P}_ {2} \ge 0,37\) для пен более высокой плотности и \(\overline{P}_{2} = 0.32\) для пен ЧПУ 25 (рис. 2б). Низкая ориентация частиц для пены с самой низкой плотностью (CNC 25 ) и самыми тонкими стенками пены может быть связана с менее эффективным процессом коллективного выравнивания.

Диаметр поперечного сечения макропор (рис. 2c) практически не зависит от плотности пены, а выравнивание столбцов макропор (рис. 2d) лишь незначительно уменьшается с увеличением плотности пены, что позволяет предположить, что частицы CNC оказывают незначительное влияние на рост кристаллов льда во время заморозки.

Теплопроводность CNC-пены и объемно-взвешенные оценки

Анизотропная теплопроводность была измерена на специальной установке Hot Disk, где можно было контролировать температуру и относительную влажность 25 .

Относительная неопределенность значений радиальной теплопроводности (λ r ) была оценена в 12 % путем анализа распространения неопределенностей параметров, необходимых для их расчета, а именно радиальной температуропроводности (α r ) ( Дополнительный рис.{2} }$$

(2)

где \({\Delta X}\) — полная неопределенность переменной X, которая представляет собой сумму случайной и систематической неопределенностей 26 . Случайные неопределенности α r , ρ и C p основывались на оценках средних относительных стандартных отклонений (SD), полученных в результате повторных измерений на нескольких образцах (не менее четырех на образец для ρ, не менее пяти на образец для α r и всего пять для C p ), и были умножены на 1.65, который относится к 95% доверительному интервалу 26 . Полученные относительные случайные погрешности составили 6 %, 4 % и 1 % для α r , ρ и C p соответственно. Систематическая неопределенность или инструментальная погрешность \({\upalpha}_{r}\) оценивается в 5% 27 , в то время как систематическая неопределенность не рассматривалась для \({\uprho}\) и \(C_{p }\). \({\Delta}C_{p}\) также включает неопределенность измерения поглощения воды при различной относительной влажности, которая использовалась для определения C p при различной относительной влажности с использованием правила смесей.На рис. к ориентированным фибриллам (рис. 3а), был в четыре-шесть раз меньше, чем λ a (рис. 3б). На λ r относительная влажность относительно не влияла, но λ a увеличивалась с увеличением относительной влажности (дополнительный рисунок S5). Основная часть анализа и обсуждения будет посвящена радиальной теплопроводности при относительной влажности 50%, но аналогичные тенденции наблюдаются при относительной влажности 5, 20 и 80% (дополнительный рис.С6).

Рисунок 3

Теплопроводность CNC-пен как функция твердой фракции (об./об.%). ( a ) Радиальный (λ r ) и ; ( b ) аксиальная (λ a ) теплопроводность CNC-пен в зависимости от твердой доли CNC (об./об.%) при 295 К при относительной влажности 50%. Черные закрашенные кружки соответствуют экспериментальным данным, а сплошные линии соответствуют взвешенным по объему параллельным суммарным теоретическим оценкам теплопроводностей при ; (i) сухая (λ сухая, параллельная ) и (ii) влажные условия с относительной влажностью 50% (λ влажная, параллельная ), а пунктирная линия соответствует последовательному добавлению для влажных условий с относительной влажностью 50% (λ влажная, серийный номер ).

На рисунке 3а показано, что при относительной влажности 50 % λ r остается в диапазоне 28–32 мВт·м −1 K −1 для пен с долей сухих твердых веществ от 1,7 до 3,5%, что соответствует плотности в сухом состоянии от 25 до 52 кг·м −3 (см. дополнительную таблицу S1), и увеличивается с увеличением доли твердого вещества для пен с содержанием сухого остатка выше 3,5% до 57 мВт·м −1 K −1 для пенопласт с наибольшей твердой фракцией (пенопласт CNC 130 ).Осевая теплопроводность, λ a , показала заметное увеличение с увеличением твердой фракции для пен с низким содержанием твердой фракции (до пен CNC 40 ), за которым последовало менее резкое увеличение для пен с высоким содержанием твердой фракции (рис. 3b). .

Теплопроводность пористых пен была оценена с помощью так называемой модели параллельных сопротивлений с взвешенными по объему суммами твердого и газового вкладов в перенос тепла. Модель параллельного резистора предполагает одновременный (параллельный) теплообмен через твердую и газовую фазы 28 .Стенки пенопласта CNC обеспечивают соединенные сплошные пути теплопроводности как в осевом, так и в радиальном направлениях (см. вставку на рис. 2a), что предполагает, что модель параллельного резистора подходит для моделирования как радиальной, так и осевой теплопроводности. Ожидается, что вклад излучения и конвекции будет незначительным, поскольку температура относительно низкая (295 К), а размер пор пены меньше 1 мм соответственно. Считалось, что пенопластовые стенки состоят из плотно упакованных частиц НЦ, полностью выровненных в осевом направлении.Использовалась теплопроводность частиц НЦ (λ ячейка ), перпендикулярно (720 мВт·м –1 К –1 ) и вдоль (5700 мВт·м –1 К –1 ) их длинной оси. как приближение вклада твердого тела в радиальном и осевом направлениях, соответственно 8 . Теплопроводность воздуха при 295 К (λ воздух  = 25,7 мВт·м –1  К –1 ) была использована для вклада газа. Используя модель параллельного резистора, теплопроводность для пен с плотными стенками в сухих условиях, λ сухая , может быть выражена как:

$$\lambda_{сухой, параллельный} = \phi_{воздух} \cdot \lambda_{ воздух} + \phi_{cell} \cdot \lambda_{cell}$$

(3)

где \(\phi_{air}\) и \(\phi_{cell}\) — объемные доли стенок воздуха и пены соответственно, нормированные на общий кажущийся объем пены (\(\phi_{air }\) + \(\phi_{cell}\) = 1).\(\phi_{air}\) и \(\phi_{cell}\) оценивали по кажущейся плотности пены и скелетной плотности целлюлозы (см. «Материалы и методы»).

Пены CNC поглощают воду, и вклад содержания воды при относительной влажности 50% (дополнительный рис. S7) с λ h3O  = 600 мВт·м –1 K –1 был включен в оценку теплового проводимость влагосодержащих пен (λ влажная ) по формуле (4):

$$\lambda_{мокрый,параллельный} = \phi_{воздух} \cdot \lambda_{воздух} + \phi_{ячейка} \cdot \lambda_{ячейка} + \phi_{h3O} \cdot \ лямбда_{h3O}$$

(4)

где \(\phi_{h3O}\) – объемная доля воды, полученная из гравиметрически определенного водопоглощения (см. «Материалы и методы»).Интересно отметить, что разница между λ в сухом и λ влажном направлениях составляет (1–2 мВт·м –1 K –1 ), что говорит о незначительном влиянии замены воздуха водой. на теплопроводность пеноматериалов с ЧПУ при относительной влажности 50%.

Теплопроводность также может быть описана последовательной моделью резистора 29,30,31 . Комбинации параллельной модели (описанной выше) и последовательной модели использовались для определения теплопроводности различных изотропных пористых материалов 31,32,33 .Серийная модель включает добавление различных вкладов в теплопроводность при относительной влажности 50%, как указано в уравнении. (5):

$$\lambda_{wet,serial} = \frac{1}{{\frac{{\phi_{air}}}}{{\lambda_{air}}} + \frac{{\phi_ {cell} }}{{\lambda_{cell}}} + \frac{{\phi_{h3O}}}{{\lambda_{h3O} }}}}$$

(5)

Последовательная модель, поскольку она предполагает чередующийся путь теплопередачи от твердой фазы к газовой, дает гораздо более низкие значения по сравнению с параллельной моделью (рис.3а).

На рисунке 3b показано, что взвешенные по объему оценки вклада газа и твердых частиц с использованием модели параллельных резисторов, уравнения. (3) и (4), относительно хорошо соответствует аксиальной теплопроводности CNC-пенопластов до твердой доли 3,3 % или плотности 50 кг·м −3 , но завышает аксиальную теплопроводность при высоком твердом остатке пены. дроби. Следует отметить, что уменьшение приписанного значения теплопроводности твердой фазы целлюлозы в осевом направлении 8 на 5,7 Вт·м −1 K −1 улучшило бы соответствие между теоретической оценкой и экспериментальной. значения также для пен с высоким содержанием твердых частиц, но нелинейная зависимость λ a от твердых фракций предполагает, что существуют другие факторы, помимо возможного снижения теплопроводности твердой фазы, которые способствуют ограничению увеличения λ a с увеличением плотность.

Эффект Кнудсена и рассеяние фононов

Хорошо известно, что проводимость газа значительно снижается, когда размер пор становится равным или меньше длины свободного пробега молекул воздуха, так называемый эффект Кнудсена 34 . Влияние нанопор на вклад газопроводности в теплопроводность, λ np , можно оценить по уравнению. (6):

$$\uplambda _{{{\text{np}}}} = \frac{{\uplambda _{air}}}{{1 + 2\upbeta \cdot {\text{Kn} }}}$$

(6)

где β — характеристическое число, равное 2 для пен и аэрогелей, а Kn — число Кнудсена, которое можно оценить, разделив длину свободного пробега молекул воздуха на размер пор 34 .Нанопористость пенопластовых стенок при относительной влажности 50 % варьировалась от 5 до 8 % (этот диапазон варьируется при других значениях относительной влажности из-за разного процента набухания, см. Дополнительный рисунок S7), а средний диаметр нанопор составлял от 7 до 10 нм (дополнительная таблица). С2).

Высокое число Кнудсена (4–6) в нанопорах приводит к тому, что λ np ниже 1,5 мВт·м в гораздо более крупных макропорах λ мп (рассчитано по той же формуле) очень близко к значению для воздуха, поскольку эффект Кнудсена незначителен при размерах пор более 30 мкм (рис.2с).

Путем учета эффекта Кнудсена и введения отдельных газовых вкладов для макропор (λ mp ) и нанопор (λ np ) мы получаем параллельную объемно-взвешенную оценку радиальной теплопроводности влагосодержащих пен, λ влажный, Kn, параллельный , выраженный уравнением (7):

$$\lambda_{мокрый,Kn,параллельный} = \phi_{mp} \cdot \lambda_{mp} + \phi_{np} \cdot \lambda_{np} + \phi_{cell} \ cdot \lambda_{cell} + \phi_{h3O} \cdot \lambda_{h3O}$$

(7)

, где \(\phi_{np}\) оценивается по объему нанопор, полученному измерениями адсорбции N 2 (см.2а) и общий объем пены, а \(\phi_{mp}\) соответствует оставшемуся объему воздуха (\(\phi_{mp} + \phi_{np} = \phi_{air}\)). Однако оценка λ влажная, Kn, параллельная намного выше, чем измеренная радиальная теплопроводность (рис. 4), что показывает, что эффект Кнудсена имеет второстепенное значение из-за небольшой доли нанопор в пенах. Тем не менее, λ r достиг значения, близкого к значению для воздуха при значениях Π np выше 7% при относительной влажности 50% (дополнительный рис.С8).

Рисунок 4

Механизмы теплопередачи, зависящие от твердой фракции, в пеноматериалах с ЧПУ. Радиальная теплопроводность (λ r ) CNC-пен в зависимости от твердой доли CNC (об./об.%), включая экспериментальные данные при относительной влажности 50%, теоретические оценки λ влажн.,Kn,параллельн. воды при относительной влажности 50 % и эффект Кнудсена в нанопорах, а также теоретические оценки λ мокрого,Kn,Rk,параллельного и λ мокрого,Kn,Rk,серийного , дополнительно включающего межфазные эффекты между частицами в стены из пенопласта и различают параллельное и последовательное сложение.

Вклад твердотельной проводимости в теплопроводность наноструктурированных материалов может быть существенно уменьшен за счет рассеяния фононов на межчастичных границах 16 . Эффект рассеяния фононов на границах раздела может быть выражен межфазным тепловым сопротивлением или сопротивлением Капицы (R k ), которое можно оценить по формуле (8):

$$R_{k} = \frac{{g_{i}}}{{\lambda_{i}}} = {}\frac{{d_{t}}}{{\lambda_{ t} }}{ } — { }2 \cdot \frac{d}{{\lambda_{cell} }}$$

(8)

, где g i — поверхностное разделяющее расстояние между двумя соседними частицами CNC, λ i — межфазная теплопроводность, d — средний диаметр частицы CNC (= 4.3 ± 0,8 нм), а λ t и d t – теплопроводность и длина соответственно системы, состоящей из двух частиц НЦ, размещенных параллельно друг другу с зазором, g i . Было показано, что межфибриллярное расстояние g i зависит от поглощения воды и, по оценкам, варьируется от 5,1 до 6,2 Å в пенопластовых стенках лиофилизированных пенопластов CNF для относительной влажности 35–65% 16 . Водопоглощение пеноматериалов CNC значительно меньше, чем пеноматериалов CNF 16 , и мы использовали расчетное значение g i , равное 2.3 ± 0,4–3,7 ± 0,7 Å при относительной влажности 50% (см. Дополнительный рисунок S7). Значение для λ t  = 270 мВт·м –1 K –1 было получено из Diaz et al. 8 . Межфазное тепловое сопротивление в радиальном направлении выровненных частиц УНЦ оценивается как 2,2 × 10 –8 м 2 КВт –1 . Интересно отметить, что оценочное R k для CNC имеет ту же величину (10 –8 m 2 K W −1 ), что и для углеродных нанотрубок 35 .

Эффект фононного рассеяния на границах раздела может быть включен в оценку (твердой) теплопроводности тонкой пленки (т.е. пенопластовой стенки) ориентированных наночастиц CNC, λ p , по уравнению. (9):

$$\lambda_{p} = \frac{{ \lambda_{cell} }}{{1 + \lambda_{cell} \cdot \frac{{R_{k}}}}{d}} }$$

(9)

, где \(\lambda_{cell}\) — радиальная теплопроводность одиночной частицы CNC (720 мВт·м –1  K –1 , как указано выше 8 ).Включение расчетного межфазного теплового сопротивления для стен из пеноматериала CNC (2,2 × 10 –8 м 2 КВт −1 ) дало расчетный твердый вклад в теплопроводность в радиальном направлении, λ p , 158–163 мВт·м –1 K –1 при относительной влажности 50 %. Параллельная взвешенная по объему оценка радиальной теплопроводности влагосодержащих пен, учитывающая как фононное рассеяние, так и эффекты Кнудсена, λ wet,Kn,Rk,parallel , дается уравнением.(10):

$$\lambda_{wet,Kn,Rk,parallel} = \phi_{mp} \cdot \lambda_{mp} + \phi_{np} \cdot \lambda_{np} + \phi_{cell } \cdot \lambda_{p} + \phi_{h3O} \cdot \lambda_{h3O}$$

(10)

На рис. 4 видно, что полученная оценка λ влажн.,Kn,Rk хорошо соответствует экспериментальным значениям радиальной теплопроводности пен CNC 25-88 , что свидетельствует о значительном снижении твердотельной проводимости по фононам. рассеяние необходимо для получения анизотропных пенопластов с низкой радиальной теплопроводностью.

Для сравнения мы также оценили теплопроводность, используя соответствующую модель последовательного резистора, заданную уравнением. (11):

$$\lambda_{wet,Kn,Rk,serial} = \frac{1}{{\frac{{\phi_{mp}}}{{\lambda_{mp}}} + \frac {{\phi_{np}}}{{\lambda_{np}}} + \frac{{\phi_{cell}}}{{\lambda_{p}}} + \frac{{\phi_{h3O}} }{{\lambda_{h3O} }}}}$$

(11)

, что показывает, что серийная модель занижает радиальную теплопроводность (рис.4). Рассеяние фононов на границах раздела твердое тело–газ 8,36,37 также могло уменьшить теплопроводность, но оценить возможную величину этого явления не удалось.

Свойства пенополиуретана с пенообразователем четвертого поколения

Ссылки

(1) Pranav Mehta PB, Chidambaram ASP, Selwynt W. Технические сравнения пен с использованием различных смесей вспенивающих агентов, содержащих HCFC-141b, HFC-245fa, жидкий вспенивающий агент Solstice® и углеводороды в бытовых приборах.Материалы Технической конференции по полиуретанам; 22–24 сентября 2014 г .; Даллас, Техас, США; 2014. с. 162–72. Поиск в Google Scholar

(2) Howard P, Runkel J, Banerjee S. Пенообразователи третьего поколения для пеноизоляции. Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США; 1998. EPA/600/R-98/133 (NTIS PB99-122095). Поиск в Google Scholar

.

(3) Wu J, Albouy A, Mouton D. Оценка ГФУ-вспенивателей следующего поколения в жестких пенополиуретанах.Джей Селл Пласт. 1999;35(5):421–37. 10.1177/0021955X9