1 / 63

Tepelné izolace

Jiří Zach: Leden 2011. Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav technologie stavebních hmot a dílců. Tepelné izolace. 2011. BJ13 - Speciální izolace. Tepelné izolace. Historie Vývoj u nás – 60. léta 20. stol. → tepelně technické požadavky na stav. konstrukce

zody
Download Presentation

Tepelné izolace

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Jiří Zach: Leden 2011 Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav technologie stavebních hmot a dílců Tepelné izolace 2011 BJ13 - Speciální izolace

  2. Tepelné izolace • Historie • Vývoj u nás – 60. léta 20. stol. → tepelně technické požadavky na stav. konstrukce • Současnost – vývoj nových moderních st. materiálů Snaha připravit materiály s relativně vysokými mechanickými vlastnostmi a nízkou objemovou hmotností, na které závisí hodnota součinitele tepelné vodivosti.

  3. Rozdělení tepelně izolačních materiálů • Pěnoplastické látky (pěnové polystyreny, extrudované polystyreny, pěnové polyuretany,…) • Vláknité materiály (skleněná, minerální, syntetická vlákna, izolace na bázi ovčí vlny) • Pěněné silikáty (pěnové sklo) • Minerální materiály (expandovaný perlit, expandovaný vermikulit,..) • Organické materiály (materiály na bázi dřeva, přírodních vláken, celulózových vláken) • Materiály nové generace (kalciumsilikáty, vakuové izolace)

  4. Rozdělení tepelně izolačních materiálů dle použití a způsobu aplikace • Vnější izolace obvodového pláště • Izolace střešního pláště • Vnitřní vodorovné a svislé konstrukce • Vnitřní izolace obvodového pláště • Speciální aplikace

  5. 1. Pěnový polystyren EPS • Vynalezen 1949 v Německu – Fritz Stastny • Nízká objemová hmotnost 30 kg.m-3 X Velmi dobré mechanické vlastnosti • Velmi dobré tepelně technické a akustické vlastnosti • λ = 0,035 W.m-1.K-1 • Časté využití v praxi

  6. Pěnový polystyren EPS - výroba Základní surovina: zpěňovatelný polystyren perly obsahující 6-7 % pentanu (nadouvadlo) Polymerizace styrenu

  7. Pěnový polystyren EPS - výroba 3 fáze výroby: • Předpěnění • Meziuskladnění • Vytváření (výroba bloků, desek, tvarovek, popř. pásů)

  8. Blokové schéma výroby EPS

  9. Základní fyzikální a mechanické vlastnosti EPS • Odolává teplotám od -150°C do +80°C • Dlouhodobě neodolává účinkům UV záření • Vykazuje v poměru k velmi nízké objemové hmotnosti velmi vysoké mechanické vlastnosti Pevnost v tlaku … 70–200 kPa při 10% deformaci Pevnost v tahu …přes 100 kPa Objemová hmotnost … 15–35 kg.m-3 Velmi nízká dynamická tuhost … 0–30 MPa.m-1 u elastifikovaného polystyrenu • Nerozpustný v H2O, nenabobtnává • Max. objemová nasákavost 4–5 % • Faktor difúzního odporu 20–100 • Reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída B

  10. Tepelně technické vlastnosti EPS Součinitel tepelné vodivosti λzávisí na: • Objemové hmotnosti Nejnižší tepelná vodivost při objemové hmotnosti v rozmezí 30–50 kg.m-3. • Vlastnostech pórové struktury EPS vykazuje velmi vysokou pórovitost. Jeho objem je tvořen: 2 % polystyrenu a z 98 % vzduchu • Vlhkostním obsahu • Teplotě

  11. Závislost součinitele tepelné vodivosti EPS na objemové hmotnosti při +10°C

  12. Závislost součinitele tepelné vodivosti EPS o ρv = 20 kg.m-3 na teplotě

  13. 2. Extrudovaný polystyren XPS Výroba XPS a polystyrenových desek z XPS: → zahřátí polystyrenu spolu s napěňovací přísadou, retardérem hoření a nukleačním činidlem v extrudéru → tekutá pěna → protlačení skrz vytvářecí ústí → chlazení v chladící části extrudéru za sníženého tlaku.

  14. Výrobní linka pro výrobu extrudovaného polystyrenu

  15. Extrudovaný polystyren XPS • Odolává teplotám od -150°C do +70°C • Neodolává účinkům UV záření • Ve srovnání s EPS ještě výhodnější poměr objemové hmotnosti a mechanických vlastností Pevnost v tlaku XPS desek… 300–500 kPa při 10% deformaci Objemová hmotnost … 30–40 kg.m-3 • Nerozpustný v H2O, nenabobtnává • Nenasákavý, max. objemová nasákavost 0,5 % • Faktor difúzního odporu 100–250 • Reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída B • Uzavřená pórová struktura • Součinitel tepelné vodivosti 0,029–0,040 W.m-1.K-1

  16. 3. Polyuretanová izolační pěna (PUR/PIR) • PUR montážní pěna - k vypěňování spár v konstrukcích a při montáži výplňových prvků • Stříkané PUR izolace a PUR izolační desky -vyšší odolnost vůči působení vlhkosti -vyšší mechanické vlastnosti -objemová stabilita -extrémně nízká hodnota součinitele tepelné vodivosti 0,024 – 0,026 W.m-1.K-1. • Reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída B

  17. Polyuretanová izolační pěna (PUR) • Vznik: polyadicí difenyldiizokyanátu a směsí vícesytných polyéter a polyester alkoholů, aktivátorů, katalyzátorů, stabilizátorů, vody, retardérů hoření a nadouvadel • Vlivem teploty a vznikajícího CO2 → napěnění hmoty – uzavřená mikroskopicky buněčná struktura →výborné tepelně izolační a hydroizolační vlastnosti • Mechanické vlastnosti PUR pěny závisí na: • její struktuře • její objemové hmotnosti

  18. Polyisokyanurátová izolační pěna (PIR) • PIR je tuhá polyisokyanurátová pěna, která se svým vzhledem i tepelně izolačními vlastnostmi podobá materiálu PUR. • Oproti PUR má dobrou požární odolnost. • Desky PIR jsou vhodné zejména jako tepelná izolace plochých střešních plášťů. • Velmi nízká hodnota součinitele tepelné vodivosti 0,023 W.m-1.K-1.

  19. Závislost mechanických vlastností PUR pěny na objemové hmotnosti

  20. Závislost modulu pružnosti PUR pěny na objemové hmotnosti

  21. Polyuretanová izolační pěna (PUR) Součinitel tepelné vodivosti λPUR pěny závisí na: • uzavřenosti pórové struktury • množství a velikosti pórů • objemové hmotnosti Pohybuje se v rozmezí 0,023–0,030 W.m-1.K-1. Se ↑ objemovou hmotností hodnota součinitele tepelné vodivosti postupně ↓ a od 50 kg.m-3 začíná postupně znovu narůstat.

  22. Závislost součinitele tepelné vodivosti PUR pěny na objemové hmotnosti

  23. 4. Minerální vlna MW • nejrozšířenější tepelně izolační materiál na trhu • největší předností je vysoká požární odolnost → reakce na oheň dle ČSN EN 13501-1 třída A1 Použití MW v aplikacích, kde nejsou běžné pěnoplastické izolační materiály použitelné. Jedná se především o: - tepelnou izolaci fasádních systémů v požární výšce nad 22,5m, požární pásy nad otvory ve výšce nad 12 m - izolaci parovodů a potrubí - izolaci kotlů a pecí - použití jako požární izolace pro zvýšení požární odolnosti nosných částí stavebních konstrukcí

  24. Minerální vlna MW Technologie výroby minerální vlny Dle použité vstupní suroviny rozeznáváme 3 základní typy minerální vlny: • čedičová vlna • strusková vlna • skelná vlna Základní surovina je s tavidly roztavena v kupolové peci. K roztavení suroviny dochází v závislosti na jejím složení a na přídavku taviv přibližně okolo teploty 1500°C.

  25. Blokové schéma výroby MW

  26. Minerální vlna MW • Součinitel tepelné vodivosti se pohybuje v rozmezí 0,032–0,050 W.m-1.K-1 • Při nízkých objemových hmotnostech vykazuje MW vysokou průvzdušnost • Při ↑ objemové hmotnosti se hodnota součinitele tepelné vodivosti postupně ↓, což je následkem snížení tepelného toku vlivem sálání a proudění, od asi 65 kg.m-3 se začíná hodnota součinitele tepelné vodivosti znovu postupně zvyšovat, což je dáno vzrůstajícím přenosem tepla v pevné fázi minerálních vláken vedením.

  27. Závislost součinitele tepelné vodivosti minerální vlny na objemové hmotnosti

  28. Minerální vlna MW Dle mechanických vlastností lze rozdělit minerálně vláknité výrobky na: a) nezatížené – stlačitelné materiály, mechanické vlastnosti prakticky zanedbatelné, mechanické vlastnosti nejsou výrobcem nedeklarovány b) zatížené – mechanické vlastnosti se liší dle použití a druhu izolace Napětí při 10% deformaci … asi 40 kPa (60 kPa) Pevnost v tahu kolmo k desce dle orientace vláken: • u rohoží … 7,5–15 kPa • u lamel až … 90 kPa Faktor difúzního odporu … 1,5–3 Malá nasákavost … do 3 %

  29. 5. Skleněná vlna Svými vlastnostmi a použitím se příliš neliší od MW, liší se výrobou. 2 způsoby výroby: • 1. způsob: tzv. odstředivý způsob (podobný výrobě MW) tloušťka vláken … 20 až 30  • 2. způsob: Základní suroviny se zahřívají na teplotu 1100–1300°C v přepadové vanové peci → tavenina se přivádí do menší pícky zahřívané na teplotu 1400–1500°C → zhomogenizovaná tavenina přichází do jemných trysek → tažení vláken, proudem páry nebo vzduchem. Vyrobená vlákna padají na transportér, který dopraví vlnu k dalšímu zpracování. Další zpracování vláken je podobné jako u MW. Narozdíl od MW se však nevytváří ze skelných vláken lamelové rohože a vlákna jsou většinou orientována podélně. tloušťka vláken … 20 až 30 

  30. Skleněná vlna • Součinitel tepelné vodivosti v širokém rozmezí 0,030–0,050 W.m-1.K-1 • Třída reakce na oheň je u skelných rohoží A1 nebo A2 • Nasákavost … do 4 % • Nejlepších hodnot tepelné vodivosti dosahuje skelná rohož při objemových hmotnostech v rozmezí 40–50 kg.m-3 • Hodnota součinitele tepelné vodivosti skelné rohože se spolu s teplotou silně zvyšuje

  31. Závislost součinitele tepelné vodivosti skelné rohože na teplotě

  32. 6. Aerogely – vakuové izolace • Nový trend v oblasti vývoje tepelných izolací • Hodnota součinitele tepelné vodivosti aerogelů může být až 10x nižší než u běžných materiálů, jako je EPS nebo MW Vznik gelu • gelová struktura vzniká dostatečným propojením řetězců oxidů, vzniká tzv. Alcogel, který se skládá z tuhé a kapalné části, zabírající stejný objem Aerogel - vzniká odstraněním (superkritickou extrakcí) kapalné fáze z alcogelu bez porušení struktury pevné fáze

  33. Aerogely – vakuové izolace Příprava aerogelu – ve 2 krocích: • Vytvoření mokrého gelu • Vysoušení → tvorba aerogelu Základní gelová fáze vzniká kondenzací křemičitanu sodného. Soli vytvořené během chemických reakcí, které nejsou chemicky vázány v gelové struktuře, musí být odstraněny opakovaným vymýváním. Nejčastěji používané vstupní suroviny pro výrobu aerogelů jsou tetramethyl ortosilikát (TMOS, Si(OCH3)4) a tetraethyl ortosilikát (TEOS, Si(OCH2CH3)4) Pro urychlení reakce vzniku aerogelu jsou používány katalyzátory (kyselé, zásadité), které ovlivňují nikrostrukturu aerogelu a mají vliv i na jeho fyzikální a optické vlastnosti

  34. Aerogely – vakuové izolace Aerogely dělíme dle reakce na: • jednostupňové • dvoustupňové Jednostupňové zásaditě katalyzované aerogely vykazují většinou vyšší pevnosti, ale jsou křehčí než dvoustupňové aerogely. Dvoustupňové aerogely obsahují naopak vyšší podíl menších pórů a jsou průsvitnější než jednostupňové aerogely.

  35. Aerogely – vakuové izolace Superkritické sušení- finální a nejdůležitější technologický krok výroby Kapalina uvnitř gelu je odstraněna a zůstávají pouze spojené silikátové řetězce. Proces může být proveden odpařením a odstraněním C2H5OH nebo za pomocí CO2 - odvzdušněním. Proces probíhá v autoklávu naplněným etanolem. Systém je přetlakový s tlakem 5,2–5,9 MPa s CO2 a chlazením až na 5–10°C.

  36. Základní fyzikální vlastnosti aerogelu • Objemová hmotnost … 0.003-0.35 g.cm-3 • Vnitřní povrch … 600-1000 m2g-1 • Pórovitost … 85 – 99 % • Podíl tuhé fáze … 1 - 15 % • Střední průměr pórů … ~20 nm • Základní průměr částic … 2-5 nm • Teplotní odolnost … do 500°C • Součinitel teplotní roztažnosti …2.0-4.0.10-6 m.m-1 • Součinitel tepelné vodivosti 0,004 – 0,017 W.m-1.K-1 • Pevnost v tahu … 16 kPa • Dielektrická konstanta … ~1.1

  37. Tepelně izolační vlastnosti aerogelu • Extrémně nízká tepelná vodivost, kterou lze snižovat dále vakuováním Tepelná vodivost materiálu = ∑ přenos tepelné energie (vedením v pevné fázi, prouděním v plynné fázi a sáláním v oblasti infračerveného spektra). Jednotlivé tři složky přenosu tepelné energie se v závislosti na okolních podmínkách (především na teplotě aerogelu a okolí) mění. • Typická hodnota součinitele tepelné vodivost aerogelu je 0,015 - 0,017 W.m-1.K-1.

  38. Závislost hodnoty součinitele tepelné vodivosti jedno a dvoustupňového aerogelu na tlaku

  39. Závislost součinitele tepelné vodivosti na tlaku u čistého aerogelu a aerogelu s přídavkem uhlíku

  40. Aerogely – vakuové tepelné izolace - použití v praxi • Sanace historických budov + - dobré tepelně izolační vlastnosti - malá účinná tloušťka Aplikace: desky → speciální lepidla → povrch konstrukce Funkce izolační vrstvy: účinná parozábrana s ekvivalentní difúzní tloušťkou 5.105–2.107 m v závislosti na provedení spojů jednotlivých izolačních desek.

  41. 7. Tepelné izolace na organické bázi • Izolace na bázi dřeva • Izolace na bázi celulózy • Korek • Len, konopí a rákos • Sláma a seno

  42. Tepelné izolace na organické bázi • Vzrůstající objem odpadů vede k zamyšlení nad jejich dalším možným využitím či odstraněním, pokud možno s co nejmenším vlivem na životní prostředí • Příklady odpadů využívaných pro tepelně izolační materiály na organické bázi: recykláty ze zemědělství, zpracování dřeva, chovu dobytka a dalších jiných odvětví průmyslu (např. papírenský průmysl)

  43. Izolace na bázi dřeva • Zbytky dřeva a dřevěných materiálů z lesního hospodářství, dřevozpracujícího průmyslu,… Např. hobliny, odřezky, kmeny, větve, piliny, opotřebené dřevo,… • Nejvíce rozšířený izolační materiál na bázi dřeva je Heraklit, který je nejstarším průmyslově vyráběným tepelně izolačním materiálem V současnosti dvouvrstvé a třívrstvé izolační desky v kombinaci s polystyrenem či minerálním vláknem.

  44. Izolace na bázi dřeva Výroba heraklitových desek probíhá následujícím způsobem: - Výroba dřevní vlny ze surového dřeva - Míšení dřevní vlny s cementem, přísadami (mineralizačními a protiplísňovými, urychlujícími tuhnutí a tvrdnutí cementu), dřevním odpadem a vodou - Uložení směsi do forem a lisování desek - Vyzráním pojiva desek - Zařezávání desek do požadovaných rozměrů

  45. Blokové schéma výroby heraklitových izolačních desek

  46. Izolace na bázi dřeva - Heraklit Použití heraklitu: • tepelná izolace stěn a stropů s možností použití omítek při dřevěných a skeletových stavbách • tepelně izolační obklady nosníků, průvlaků, pilířů, stropů a obvodových zdí ztracené bednění stropních a věncových konstrukcí. • k tepelné izolaci teplovzdušných kanálů • k zhotovení příček a dělících stěn • k zhotovení půdních vestaveb a bytových jader

  47. Dřevní vlna pro výrobu heraklitových desek Tepelně izolační deska z dřevité vlny a cementového pojiva Dvouvrstvá tepelně izolační deska

  48. Izolace na bázi dřeva - Heraklit Fyzikální vlastnosti závisí na objemové hmotnosti. Objemová hmotnost … 250–500 kg.m-3 Pevnost v tahu za ohybu se … 0,4–2,0 MPa Napětí při 10% deformaci … 0,02–0,15 MPa Faktor difúzního odporu … 4–7 Součinitel tepelné vodivosti … 0,073–0,090 W.m-1.K-1

  49. Závislost pevnosti v tahu za ohybu heraklitu na objemové hmotnosti

More Related