Роль показателя теплопроводности полистиролбетона в строительстве и его расчет

Как рассчитать толщину стены

Для расчета необходимой толщины стены нужно знать:

• теплотехнические характеристика материала, из которого будет возводиться конструкция. Если материалов несколько – всех материалов.
• Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) Этот параметр можно взять из справочника или рассчитать по формуле ГСОП = (tв — tот)zот,

где tот, zот — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, tв — расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, по ГОСТ 30494. Для Москвы и Санкт-Петербурга ГСОП равен 6000

Сопротивление стены теплопередаче. Это справочная величина, зависящая от ГСОП, узнать ее величину можно в СНиП 2-3-79. Для жилых домов в Москве это 3,5 (м2?°С)/Вт.

Вычисление ведется по формуле формулой R = s / ? (м2•°С/Вт), где R — сопротивление теплопередаче, s — толщина стены (м), а ? — теплопроводность. Исходя из этой формулы, получаем S= R * ?. Пример расчета толщины стены жилого дома из полистиролбетонных блоков D600 в Москве: S = 3.5*0.14=0.49 м., т.е. для того, чтобы здание соответствовало СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», необходима полистиролбетонная стена толщиной почти полметра. Из красного кирпича толщина стены должна быть S=3.5*0.56=1.96 м. Это расчеты для сухого материала, с увеличением влажности коэффициент теплопроводности также увеличивается.

Стены меньшей толщины позволяют не только сохранить полезную площадь внутри постройки, но и уменьшают общий вес конструкции, снижая тем самым нагрузку на фундамент. Малоэтажные дома из полистиролбетона можно возводить на мелкозаглубленных ленточных фундаментах и даже на свайно-винтовых.

Относительно небольшой вес при высоких показателях теплозащиты позволяет использовать полистиролбетон при надстройке дополнительных этажей или мансард на уже построенных зданиях.

Спорные моменты

Первое на что обращают внимание все производители – это срок службы материала, который составляет 100 лет. Однако, указывая целый век эксплуатации, они обычно основываются только на показатели морозоустойчивости ПСБ, упуская из вида свойства самого полистирола

Также как и любой полимер, ПВГ стареет и разрушается, превращаясь в газ. В случае с полистиролбетоном дела обстоят чуть лучше, так как гранулы внутри блоков защищены бетонной массой, но это не означает, что со временем этот материал не будет разрушаться.

Полезно! Вспененный полимер «стареет» в два раза быстрее, чем монолитные полимеры.

Следующий спорный момент – это горючесть ПСБ. С одной стороны, полистиролбетон относится к группе Г1 и обладает низкими горючими способностями. С другой стороны, пенопластовые шарики быстро теряют свои прочностные свойства при нагреве. А если ПСБ будет, какое-то время находится в огне, то ПВГ начнут испарять опасный для здоровья человека фенол и довольно быстро расплавятся. После этого стена из полистиролбетона будет выглядеть как швейцарский сыр.

Еще один спорный момент – это плотность ПСБ. В зависимости от типа работ, необходимо выбирать тот или иной класс полистиролбетона, так как его объемный вес колеблется от 150 до 600 кг/м3.

Если выбрать материал низкой плотности для стены, в которой в дальнейшем будет размещаться, например, окно, то вы можете столкнуться с тем, что оно начнет «гулять», поэтому выбирайте более плотный материал.

Таблица теплопроводности теплоизоляционных материалов

Чтобы в доме было проще сохранять тепло зимой и прохладу летом, теплопроводность стен, пола и кровли должна быть не менее определенной цифры, которая рассчитывается для каждого региона. Состав «пирога» стен, пола и потолка, толщина материалов берутся с таким учетом чтобы суммарная цифра была не меньше (а лучше — хоть немного больше) рекомендованной для вашего региона.

Коэффициент теплопередачи материалов современных строительных материалов для ограждающих конструкций

При выборе материалов надо учесть, что некоторые из них (не все) в условиях повышенной влажности проводят тепло гораздо лучше. Если при эксплуатации возможно возникновение такой ситуации на продолжительный срок, в расчетах используют теплопроводность для этого состояния. Коэффициенты теплопроводности основных материалов, которые используются для утепления, приведены в таблице.

Часть информации взята нормативов, которые прописывают характеристики определенных материалов (СНиП 23-02-2003, СП 50.13330.2012, СНиП II-3-79* (приложение 2)). Те материал, которые не прописаны в стандартах, найдены на сайтах производителей

Так как стандартов нет, у разных производителей они могут значительно отличаться, потому при покупке обращайте внимание на характеристики каждого покупаемого материала

Улучшение тепловых характеристик

Такие характеристики полистиролбетона, как теплопроводность и коэффициент теплосопротивления, можно улучшить на стадии производства раствора, увеличив количество или фракциюгранул вспененного полистирола, соответствующим образом изменив состав смеси

При самостоятельном изготовлении полистиролбетона на стройплощадке, например для монолитных работ, важно четко соблюдать дозировку. Даже незначительное изменение состава может серьезно изменить прочностные и изоляционные свойства материала

При увеличении влажности и намокании материала теплоизоляционные характеристик значительно ухудшаются. Стены из полистиролбетона высокой плотности можно дополнительно утеплить при помощи полистиролбетона низкой плотности или минеральной ваты.

Плюсы и минусы

Для начала следует отметить тот факт, что полистиролбетонные блоки известны строительному миру довольно давно. Однако материал получил широкое распространение только в 1960-х годах. Это связано с тем, что изначально производство такого материала, как полистиролбетон было довольно сложным и дорогостоящим. Однако с развитием технологий ситуация поменялась. Сегодня пенополистиролбетонные блоки пользуются востребованностью в процессе строительства малоэтажных загородных построек. Материал используется не только в России, но и в других странах мира, например, Соединенные Штаты Америки, Германия, Франция и так далее.

Сырьевыми материалами для изготовления полистиролбетонных блоков являются следующими:

• портландцемент (который по своей сути является типом цемента);
• вода;
• гранулированный полистирол;
• кварцевый песок;
• пластификаторы.

Существует несколько методов изготовления полистиролбетонных блоков, а именно:

• кустарный (или литейный) – этот метод похож на процедуру изготовления неавтоклавного газобетона, так как все необходимые элементы соединяются между собой, заливаются в специально предназначенные формы и содержатся там до твердения;
• вибропрессование (или виброформовка) – данный способ применяется в промышленном производстве, он довольно сложный и длительный.

Полистиролбетонные блоки не являются идеальным строительным материалом. Для них характерен набор индивидуальных характеристик (причем как положительных, так и отрицательных). Таким образом, прежде чем приобретать материал и использовать его в строительстве, необходимо оценить все имеющиеся достоинства и недостатки.

Для начала рассмотрим имеющиеся достоинства материала.

• Доступность. Полистиролбетонные блоки обладают бюджетной ценой. Благодаря этому материал доступен для покупки практически каждому человеку (вне зависимости от его экономического и социального положения в обществе).
• Низкая теплопроводность. Благодаря этому свойству в процессе возведения дома нет необходимости обустраивать дополнительную изоляцию стен с помощью других материалов.
• Небольшая плотность и маленький вес. В связи с данным свойством материала вы имеете возможность снизить нагрузку на фундамент дома. При этом также уменьшаются материальные и финансовые затраты на транспортировку и кладку.
• Низкое водопоглощение. В связи с данной характеристикой полистиролбетонных блоков вода (и любая другая жидкость) не впитывается в поверхность. Кроме того, с данным свойством сопряжена такая характеристика, как низкая теплопроводность.
• Качественная звукоизоляция. В связи с этим полистиролбетонные блоки можно использовать для сооружения зданий любого предназначения.
• Простая обработка. Чтобы обработать материал, вам не нужно обладать большим количеством специализированных теоретических знаний или практических умений. Полистиролбетонные блоки легко подаются распилке или штроблению.
• Устойчивость к низким температурам. Благодаря морозостойкости, полистиролбетонные блоки используются для строительства в самых разных регионах нашей страны (включая северные).
• Экологическая чистота. Поскольку полистиролбетонные блоки являются безопасными с экологической точки зрения, их можно использовать для самых разных целей.

Несмотря на большое количество плюсов, необходимо помнить и об имеющихся минусах.

Низкий уровень прочности на сжатие. В связи с этим свойством материала следует помнить тот факт, что полистиролбетонные блоки – это материал, который не подходит для сооружения высоких зданий. Их можно применять для постройки сооружений не выше 2-х этажей.

Низкая паропроницаемость

В связи с этим важно создать специальную систему для отведения нежелательной влаги, например, систему кондиционирования или вентиляции. Горючесть

Полистиролбетонные блоки разлагаются под действием огня

Горючесть. Полистиролбетонные блоки разлагаются под действием огня

Подобный процесс является причиной понижения прочности и теплозащитных характеристик материала.

Крепеж. Для того чтобы прикрепить что-либо на полистиролбетонный блок, нужно использовать качественные и надежные крепления, например, анкеры и дюбеля.

Таким образом, вы смогли убедиться, что достоинства материала значительно превышают его недостатки.

От чего зависит теплопроводность

Способность пенополистирольных плит сохранять тепло зависит в основном от двух факторов: плотности и толщины. Первый показатель определяется по количеству и размеру воздушных камер, составляющих структуру материала. Чем плотнее плита, тем больший коэффициент теплопроводности у нее будет.

Зависимость от плотности

В таблице ниже можно посмотреть каким именно образом теплопроводность пенополистирола зависит от его плотности.

Представленная выше справочная информация, однако, скорее всего, может пригодиться только владельцам домов, использовавшим пенополистирол для утепления стен, пола или потолка довольно-таки давно. Дело в том, что при изготовлении современных марок этого материала производители используют специальные графитовые добавки, в результате чего зависимость теплопроводности от плотности плит сводится практически на нет. В этом можно убедиться, взглянув на показатели в таблице:

Зависимость от толщины

Разумеется, чем толще материал, тем лучше он сохраняет тепло. У современного пенополистирола толщина может колебаться в пределах 10-200 мм. По этому показателю его принято классифицировать на три больших группы:

1. Плиты до 30 мм. Этот тонкий материал обычно используется при утеплении перегородок и внутренних стен зданий. Коэффициент его теплопроводности не превышает 0.035 Вт/мК.
2. Материал толщиной до 100 мм. Пенополистирол этой группы может применяться для обшивки как внешних, так и для внутренних стен. Тепло такие плиты сохраняют очень хорошо и с успехом используются даже в регионах страны с суровым климатом. К примеру, материал толщиной 50 мм имеет теплопроводность в 0.031-0.032 Вт/Мк.
3. Пенополистирол толщиной более 100 мм. Такие габаритные плиты чаще всего используются для изготовления опалубок при заливке фундаментов на Крайнем Севере. Теплопроводность их не превышает 0.031 Вт/мК.

Расчет необходимой толщины материала

Точно вычислить толщину необходимого для утепления дома пенополистирола довольно-таки сложно. Дело в том, что при выполнении этой операции следует учитывать массу самых разных факторов. К примеру, таких, как теплопроводность материала, выбранного для сооружения утепляемых конструкций и его разновидность, климат местности, тип облицовки и пр. Однако примерно рассчитать необходимую толщину плит все-таки можно. Для этого понадобятся следующие справочные данные:

• показатель требуемого теплосопротивления ограждающих конструкций для данного конкретного региона;
• коэффициент теплопроводности выбранной марки утеплителя.

Собственно сам расчет производится по формуле R=p/k, где p — толщина пенопласта, R — показатель теплосопротивления, k — коэффициент теплопроводности. К примеру, для Урала показатель R равен 3,3 м2•°C/Вт. Допустим, для утепления стен выбран материал марки EPS 70 с коэффициентом теплопроводности 0.033 Вт/мК. В этом случае расчет будет выглядеть следующим образом:

• 3.3=p/0.033;
• p=3.3*0.033=100.

То есть толщина утеплителя для наружных ограждающих конструкций на Урале должна составлять минимум 100 мм. Обычно владельцы домов холодных регионов обшивают стены, потолки и полы двумя слоями пенополистирола на 50 мм. При этом плиты верхнего слоя располагают таким образом, чтобы они перекрывали швы нижнего. Таким образом можно получить максимально эффективное утепление.

Что представляет собой пенополистирол

Изготавливается этот материал примерно по тому же принципу, что и любые другие вспененные утеплители. Сначала в специальную установку наливается жидкий стирол. После добавления в него особого реагента происходит реакция с выделением большого количества пены. Готовая вспененная густая масса до застывания пропускается через формовочный аппарат. В результате получаются листы материала с огромным количеством мелких воздушных камер внутри.

Такая структура плит и объясняет высокие изоляционные качества пенополистирола. Ведь воздух, как известно, тепло сохраняет очень хорошо. Существуют виды пенополистирола, в ячейках которых содержатся и другие газы. Однако самыми эффективными изоляторами все же считаются плиты именно с воздушными камерами.

Входящие в структуру пенополистирола ячейки могут иметь размер от 2 до 8 мм. На их стенки при этом приходится примерно 2% массы материала. Таким образом, пенополистирол на 98% состоит из воздуха.

Какие факторы влияют на коэффициент теплопроводности железобетона

Уровень теплопроводимости бетона, независимо от его марки и наличия в массиве стальной арматуры, зависит от комплекса факторов. Рассмотрим показатели, каждый из которых оказывает определенное влияние на данную характеристику:

• структура бетонного массива. При создании внутри монолита воздушных полостей процесс передачи тепла через ячеистый массив осуществляется на небольшой скорости и с минимальными потерями. Если подытожить, то увеличенная концентрация ячеек позволяет снизить потери тепла;
• удельный вес материала. Плотность бетонного массива влияет на его структуру и, соответственно, на интенсивность процесса теплообмена. При возрастании плотности материала увеличивается степень теплопередачи и возрастает объем тепловых потерь;
• концентрация влаги в бетонных стенах. Бетонный массив, имеющий пористую структуру, гигроскопичен. Частицы влаги, которые по капиллярам просачиваются вглубь бетона, заполняют воздушные поры и ускоряют тем самым процесс теплопередачи.

Выполняя расчеты необходимо учитывать, что с уменьшением влажности материала снижается степень теплопроводимости, и теряется меньшее количество тепла. Применение пористого заполнителя позволяет снизить потери тепла и обеспечить комфортный микроклимат помещения. Стройматериалы с низкой теплопроводностью целесообразно использовать для теплоизоляционных целей. Зная зависимость теплопроводности бетона от его характеристик можно выбрать оптимальный вид материала для постройки стен.

Коэффициент теплопроводности железобетона

Понятия

Выделяют следующие виды теплообменных процессов:

1. теплопроводность;
2. конвекция;
3. тепловое излучение.

Теплопроводность — это перенос на молекулярном уровне тепла между телами либо частицами одного и того же тела, имеющими разные температуры, когда происходит достаточно активный обмен двигательной энергией молекул, атомов и свободных электронов, т. е. мельчайших частиц тела.

Данный процесс осуществляется передвигающимися в хаотическом порядке структурными частицами тел (подразумеваются молекулы, атомы и т.п.). Подобный обмен тепла происходит в любом физическом теле, имеющем неоднородное распределение температур. Сам же механизм теплопередачи так или иначе зависит от того, в каком агрегатном состоянии вещество находится в текущий момент.

Тепловое излучение — перенос энергии от одного тела к иному телу, происходящий при посредстве электромагнитных волн.

Все способы передачи тепла зачастую реализуются совместно. Так, конвекцию сопровождает теплопроводность, ведь при этом неизбежно происходит соприкосновение частиц с различной температурой. Процесс конвекции осуществляется при перемещении в пространстве неравномерно нагретых участков среды. При этом перенос тепла не­разрывным образом связан с переносом этой самой среды.

Чтобы достичь такого же тепла в доме из кирпича, какое дает деревянный сруб, толщина кирпичных стен должна превышать в три раза толщину стен постройки из дерева

Процесс совместного переноса тепла способом конвекции и теплопроводности именуют конвективным теплообменом. Теплоотдача — по своей сути конвективный теплообмен между перемещающейся средой и неподвижной (твердой) стеной. Теплоотдача нередко сопровождается тепловым излучением. Перенос тепла в таком случае осуществляется совместно посредством таких процессов, как теплопроводность, конвекция и тепловое излучение.

Происходит перенос вещества, так называемый массообмен, проявляющийся в равновесной концентрации вещества.

Совместное одновременное течение процессов теплообмена и массообмена называют тепломассообменом.

Теплопроводность выражается в тепловом перемещении мельчайших частиц тел. Явление теплопроводности можно наблюдать как в твердых телах, так и в неподвижных газах, и в жидкостях при условии, что в них не возникают конвективные токи. При возведении разного рода конструкций, включая жилые дома, необходимы знания о теплопроводности строительных материалов, в том числе таких, как , пенополистирол, пенополиуретан и др.

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

Для поддержания комфортной температуры и снижения теплопотерь несущие стены современных зданий выполняются многослойными и включают капитальные конструкции, теплоизоляционные материалы, отделочные покрытия. Каждый слой сэндвича имеет определенную толщину.

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

• R – величина температурного сопротивления;
• p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
• k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Используя данную зависимость можно самостоятельно выполнить расчет, используя обычный калькулятор. Для этого необходимо разделить толщину строительной конструкции на коэффициент теплопроводимости бетона или другого материала. Рассмотрим пример расчета для стен толщиной 0,3 метра, возведенных из газобетона с удельным весом 1000 т/м3 и степенью теплопроводности, равной 0,31.

Алгоритм вычислений:

• Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
• Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.

Теплопроводность железобетона и тепловое сопротивление – знакомимся с понятиями

Принимая решение об использовании для строительства здания определенной марки бетона или другого строительного материала, следует обращать внимание на следующие характеристики, обеспечивающие энергоэффективность строения:

• коэффициент теплопроводности железобетона или бетона. Это специальный показатель, характеризующий объем тепловой энергии, которая может пройти через различные стройматериалы за определенный промежуток времени. При снижении величины коэффициента, способность материала проводить тепло уменьшается, а при возрастании показателя – скорость отвода тепла возрастает;
• тепловое сопротивление строительных конструкций. Этот параметр характеризует свойства стройматериалов препятствовать потерям тепловой энергии. Тепловое сопротивление является обратным показателем, если сравнивать со степенью теплопроводности. При повышенном значении показателя теплового сопротивления стройматериал может применяться для теплоизоляционных целей, а при пониженном – для ускоренного отвода тепла.

Коэффициент теплопроводности материалов

Что такое теплопроводность и термическое сопротивление

При выборе строительных материалов для строительства необходимо обращать внимание на характеристики материалов. Одна из ключевых позиций — теплопроводность

Она отображается коэффициентом теплопроводности. Это количество тепла, которое может провести тот или иной материал за единицу времени. То есть, чем меньше этот коэффициент, тем хуже материал проводит тепло. И наоборот, чем выше цифра, тем тепло отводится лучше.

Диаграмма, которая иллюстрирует разницу в теплопроводности материалов

Материалы с низкой теплопроводностью используются для утепления, с высокой — для переноса или отвода тепла. Например, радиаторы делают из алюминия, меди или стали, так как они хорошо передают тепло, то есть имеют высокий коэффициент теплопроводности. Для утепления используются материалы с низким коэффициентом теплопроводности — они лучше сохраняют тепло. В случае если объект состоит из нескольких слоев материала, его теплопроводность определяется как сумма коэффициентов всех материалов. При расчетах, рассчитывается теплопроводность каждой из составляющих «пирога», найденные величины суммируются. В общем получаем теплоизоляцонную способность ограждающей конструкции (стен, пола, потолка).

Теплопроводность строительных материалов показывает количество тепла, которое он пропускает за единицу времени

Есть еще такое понятие как тепловое сопротивление. Оно отображает способность материала препятствовать прохождению по нему тепла. То есть, это обратная величина по отношению к теплопроводности. И, если вы видите материал с высоким тепловым сопротивлением, его можно использовать для теплоизоляции. Примером теплоизоляционных материалов может случить популярная минеральная или базальтовая вата, пенопласт и т.д. Материалы с низким тепловых сопротивлением нужны для отведения или переноса тепла. Например, алюминиевые или стальные радиаторы используют для отопления, так как они хорошо отдают тепло.

Улучшение тепловых характеристик

Такие характеристики полистиролбетона, как теплопроводность и коэффициент теплосопротивления, можно улучшить на стадии производства раствора, увеличив количество или фракциюгранул вспененного полистирола, соответствующим образом изменив состав смеси

При самостоятельном изготовлении полистиролбетона на стройплощадке, например для монолитных работ, важно четко соблюдать дозировку. Даже незначительное изменение состава может серьезно изменить прочностные и изоляционные свойства материала

При увеличении влажности и намокании материала теплоизоляционные характеристик значительно ухудшаются. Стены из полистиролбетона высокой плотности можно дополнительно утеплить при помощи полистиролбетона низкой плотности или минеральной ваты.

Как производится расчет с учетом коэффициента теплопроводности бетона

Решая задачу по расчету толщины теплоизолятора, необходимо использовать формулу расчета теплового сопротивления – R=p/k, которая расшифровывается следующим образом:

• R – величина температурного сопротивления;
• p – значение толщины слоя, указанное в метрах;
• k – коэффициент теплопроводности железобетона, бетона или другого материала, из которого изготовлены стены.

Алгоритм вычислений:

• Рассчитайте термосопротивление, разделив толщину стен на коэффициент теплопроводности – 0,3:0,31=0,96.
• Отнимите полученный результат от предельно допустимого для определенной климатической зоны – 3,28-0,96=2,32.