Tepelné izolace - PowerPoint PPT Presentation

zody
tepeln izolace n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Tepelné izolace PowerPoint Presentation
Download Presentation
Tepelné izolace

play fullscreen
1 / 63
Download Presentation
Tepelné izolace
253 Views
Download Presentation

Tepelné izolace

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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