Розрахунок товщини шару ППУ при напиленні, Хімтраст
Як розрахувати необхідну товщину шару пінополіуретану (ППУ) при напиленні?
Одне з перших питань, з яким стикається власник бізнесу в галузі теплоізоляції, у тому числі й у галузі напилення пінополіуретану (ППУ), є питання розрахунку необхідної товщини шару теплоізоляційного матеріалу. Дійсно, в задачі дуже багато змінних - кліматична зона, тепловологісні умови всередині приміщення, призначення приміщення, якою частиною будівельної конструкції є область утеплення, необхідна температура в приміщенні, опір теплопередачі існуючої будівельної конструкції, властивості теплоізоляційного матеріалу, вологонакопичення та деякі інші фактори. Особливо важко доводиться, коли напилення ППУ застосовується лише для окремої частини будівельної конструкції, а не для всього приміщення.
З одного боку, велика спокуса догодити Замовнику та запропонувати менший шар теплоізоляційного матеріалу, щоб увійти до його бюджетних очікувань та бути конкурентоспроможною щодо інших варіантів теплоізоляційних матеріалів. Але з іншого боку, недосягнення мети утеплення загрожує втратою репутації, фінансовими витратами на проведення додаткових робіт або навіть судовим процесом. У деяких випадках, спостерігається і зворотна ситуація – Замовник не вірить, що порівняно невеликий шар ППУ зможе гарантувати бажаний теплоізоляційний захист. На наш погляд, і в тому, і в іншому випадку, твердою основою може стати науковий і доказовий підхід до розрахунку необхідної товщини теплоізоляційного шару.
Спробуємо, не йдучи в наукові нетрі, розібратися разом, як це зробити.
На що потрібно спиратися під час проведення теплотехнічних розрахунків?
Будь-які і навіть спрощені теплотехнічні розрахунки конструкцій, що захищають, повинні ґрунтуватися на наступних нормативних документах:
- СНиП 23-02-2003 "Тепловий захист будівель" – скачати
- СП 23-101-2004 "Проектування теплового захисту будівель" - скачати
- ГОСТ Р 54851—2011 "Конструкції будівельні, що огороджують неоднорідні. Розрахунок наведеного опору теплопередачі" - скачати
- СТО 00044807-001-2006 "Теплозахисні властивості конструкцій будівель, що захищають" - скачати
Як бачите, розрахунки складні та вимагають часу для вивчення та впровадження. Благо в наш час існує можливість перевести ці складні формули і довгі таблиці в набагато більш зрозумілі програми розрахунку, які лише потрібно внести вихідні дані і вибрати застосовувані матеріали з їх товщиною. Так існують онлайн-калькулятори та окремі програмні продукти, що встановлюються на персональний комп'ютер.
Одним з найбільш повних онлайн теплотехнічних калькуляторів є SmartCalc (http://www.smartcalc.ru). При розрахунках він оперує даними та умовами з усіх чотирьох вищезгаданих нормативних документів. При цьому він дозволяє використовувати як існуючу базу даних матеріалів з їх властивостями, так і доповнювати її своїми матеріалами. Крім визначення необхідної товщини теплоізоляційного шару, він дозволяє оцінити, чи не буде накопичуватися надмірна кількість вологи в конструкції під час експлуатації, а також оцінити теплові втрати.
Як безкоштовний програмний продукт для ПК часто використовують програму для теплотехнічного розрахунку «Теремок» (http://dmitriy.chiginskiy.ru/teremok/). Програма проводить розрахунки з урахуванням всіх необхідних нормативних документів. Інтерфейс керування програмою дуже простий. Програма даєможливість проводити розрахунки в двох режимах - розрахунок необхідної товщини утеплювача та перевірка запроектованого «пирога» конструкції.
Окремої уваги вимагає програмний продукт для фахівців – «Temper-3D» (https://www.temper3d.ru), який призначений для розрахунку температурних полів та теплового опору будівель та споруд. Крім функцій, закладених у вищезазначених програмах, «Temper-3D» дозволяє провести тривимірний тепловий аналіз для кожного окремого вузла або перерізу та вивести графічну 3D картину розподілу температур, а також скласти документацію з результатами розрахунку та висновками, розрахувати потужність опалювальних приладів.
Далі у статті ми з Вами розглядатимемо спрощені розрахунки, які дозволять здійснити попередню оцінку необхідної товщини ППУ, а також наведемо приклади розрахунків із застосуванням ППУ.
Коефіцієнти теплопровідності ППУ за різної щільності
Одним з найважливіших показників, що відповідають за визначення товщини шару утеплювача, є його теплопровідність, що характеризується через коефіцієнт теплопровідності. Саме величина цього показника багато в чому визначає наскільки ефективний той чи інший утеплювач, а також використовується при будь-яких теплотехнічних розрахунках, навіть найпростіших.
Коефіцієнт теплопровідності вимірюється в Вт/(м•K) і позначається «ʎ», що у фізичному сенсі означає кількість теплоти, що проходить через 1 куб. Чим нижче величина цього показника, тим ефективніше він працює як утеплювач.
Однак, як ми вже добре засвоїли, пінополіуретан, його властивості та сфери застосування значною мірою залежать від густини. Зкоефіцієнтом теплопровідності все одно також. Немає поганого чи хорошого ППУ, є сфери його застосування відповідно до його властивостей. Нижче наведено таблицю з орієнтовними коефіцієнтами теплопровідності для різних щільностей ППУ при напиленні:
| 8-20 переважно відкритої структура | 0,035-0,040 | внутрішня тепло- та шумоізоляція, ізоляція міжповерхових перекриттів, не стійкий до механічних навантажень |
| 20-25 близько 50% відкритих осередків | 0,030-0,036 | зовнішня та внутрішня тепло- та шумоізоляція, повинна бути захищена від попадання атмосферних опадів, не стійка до механічних навантажень |
| 30-35 переважно закритоячеиста структура | 0,020-0,026 | зовнішня та внутрішня тепло- та шумоізоляція, у тому числі ізоляція фундаментів при глибині засипки не більше 3 м, не призначений для ходіння |
| 40-45 закритоячеиста структура | 0,022-0,028 | зовнішня та внутрішня ізоляція, у тому числі ізоляція фундаментів при глибині засипки не більше 3 м, не для частого ходіння |
| 60-70 закритоячеиста структура | 0,028-0,034 | зовнішня та внутрішня ізоляція, у тому числі ізоляція фундаментів та експлуатованої покрівлі |
| 100-110 закритоячеиста структура | 0,035-0,040 | зовнішня та внутрішня ізоляція, у тому числі ізоляція фундаментів та експлуатованої покрівлі |
Як видно з таблиці, найбільш ефективно, як утеплювач, ППУ поводиться при щільності від 30 до 50 кг/куб.м. У цьому інтервалі щільностей спостерігається вдалепоєднання властивостей - мала кількість відкритих осередків, здатних конвекцією переносити тепло, і мала щільність, що дозволяє теплу передаватися через товщу стінок ППУ.
Для більш точного визначення коефіцієнта теплопровідності необхідно запитувати у постачальника сировини результати випробувань на конкретну марку ППУ-компонентів або самостійно віддавати зразки на експертизу до лабораторії будівельних матеріалів.
Опір теплопередачі ППУ
Перед тим як перейти до будь-яких теплотехнічних розрахунків необхідно ввести поняття опору теплопередачі конструкцій, що захищають, званим також термічним опором. Опір теплопередачі вимірюється (м²·K)/Вт і позначається «R», у фізичному сенсі, характеризує необхідну різницю температур зовні і всередині однорідного матеріалу площею 1 кв.м для проходження 1 Вт енергії. Чим вище величина цього показника, тим ефективніші теплоізоляційні властивості огороджувальної конструкції.
Формула розрахунку проста:
де d – це товщина шару матеріалу в метрах,
ʎ – коефіцієнт теплопровідності у Вт/(м•K).
Наведемо приклад розрахунку опору теплопередачі 10 см ППУ із густиною 30-40 кг/куб.м, прийнявши середній коефіцієнт теплопровідності рівним 0,025 Вт/(м•K):
R = d / ? = 0,1 / 0,025 = 4 (м² · K) / Вт
Для розуміння сенсу даних величин наведемо приклад розрахунку втрат теплової енергії з 1 кв.м із покрівлі ізольованої 10 см ППУ із щільністю 30-40 кг/куб.м. Припустимо, що середньорічна температура на вулиці становить –5 ˚С, а в будинку +20 ˚С. Тоді різниця температур становитиме 25 °С. Втрати теплової енергії з 1 кв.м з покрівлі (позначимо їх «E») складуть:
Eср = (Tвнут - Тнар) / R = (Tвнут - Тнар) / (d / ʎ) = (20 - (-5)) / (0,1 / 0,025) = 25 / 4 =6,25 Вт/м 2
Таким чином, ми спрощено вирахували середньорічний відтік тепла з 1 кв.м покрівлі на годину. Помноживши значення на загальну площу покрівлі і кількість годин на рік, ми визначимо тепловтрати всієї покрівлі на рік. Зрозуміло, ми тут не враховували такі фактори як віконні та горищні отвори, опір теплопровідності існуючих конструкцій, містки холоду тощо. Але орієнтир та схема розрахунку зрозумілі.
При теплотехнічних розрахунках конструкцій у будівництві орієнтирами виступають необхідні значення опору теплопередачі всього «пирога» конструкції (позначимо як «Rтреб»). Тобто. опір теплопередачі конструкції має бути не нижчим від необхідного. Ці необхідні значення можна знайти в таблицях у наведених вище нормативних документах (СНиП, ГОСТ, СТ і СТО). Причому цифри відрізнятимуться залежно від кліматичної зони, вологих умов експлуатації приміщення та його призначення, а також якою частиною будівлі є конструкція, що розраховується (стіна, перекриття, дах, фундамент, вікно і т.д.).
Приклад спрощеного теплотехнічного розрахунку
Отже, тепер ми готові до спрощеного розрахунку необхідної товщини шару ППУ під час напилення. Ще раз хочу звернути Вашу увагу, що розрахунок не академічний, а лише орієнтовний і ніяк не враховує накопичення надлишкової кількості вологи в конструкції під час експлуатації.
Шляхом нехитрих перетворень перетворимо формулу:
де dппу - необхідний шар ППУ в метрах,
Rтреб – необхідний опір теплопередачі (м²·K)/Вт,
Rконстр - опір теплопередачі існуючої огороджувальної конструкції (м²·K)/Вт,
ʎппу – коефіцієнт теплопровідності ППУ у Вт/(м•K),
ʎконстр – коефіцієнт теплопровідності існуючоїогороджувальної конструкції Вт/(м•K).
Завдання.Візьмемо для прикладу існуюче житлове приміщення (котедж) у м. Казані з нормальним вологим режимом експлуатації, стіна якого є кладкою з повнотілої силікатної цегли товщиною 380 мм (в 1,5 цегли) на цементно-піщаному. розчині. Питання – який мінімальний шар ППУ із щільністю 30-40 кг/куб.м буде потрібно для ефективної теплоізоляції фасадних стін?
Рішення.Приймемо такі припущення:
Rтреб = 3,21 (м²·K)/Вт - беремо з довідкових даних відповідно до кліматичної зони Казані та вимог до цього типу приміщення;
ʎппу = 0,025 Вт/(м•K) – середня величина із довідкових даних для ППУ із щільністю 30-40 кг/м 3 ;
ʎконстр = 1,05 Вт/(м•K) – із довідкових даних для повнотілої силікатної цегли на цементно-піщаному розчині.
dппу = (Rтреб - dконстр / ʎконстр) • ʎппу = (3,21 - 0,38 / 1,05) * 0,025 = 0,07 м
Відповідь:для ефективної теплоізоляції фасадних стін даного приміщення буде потрібно шар ППУ товщиною всього 7 см. Перевірку нашого рішення на онлайн калькуляторі «SmartCalc» можна побачити за посиланням.
За допомогою наведених у цій статті інструментів та формул можна вести із Замовником конструктивний та доказовий діалог щодо вибору утеплювача та його товщини, посилаючись на конкретні нормативні документи. Незважаючи на уявну складність розрахунків, одного разу заглибившись у них ви незабаром зрозумієте, що спрощені обчислення можна зробити протягом декількох хвилин. А деякі цифри цілком неважко запам'ятати, і аппретування ними у процесі переговорів із Замовником з пам'яті лише додасть Вам плюсів.
Додатково на цю тему дивіться: