Строение и теплофизические свойства.

Тепловой поток через пористые или волокнистые тепло­изоляционные мно-гокомпонентные строительные материалы представляет собой сумму кондукцион-ного, конвекционно­гои радиационногопотоков, расчет которых связан с опреде-ленными трудностями. Поэтому для описания процес­сов теплопереноса через стро-ительные материалы применяют термин «эффективная теплоизоляция».

где — тол­щина материала (м) и d — термическое сопротивление (м²∙ °С)/Вт.

Расчетную теплопроводность определяют по приложению к СНиП «Строите-льная теплотехника» или экспериментально при помощи различных приборов. Зная и d, можно опреде­лить термическое сопротивление ограждающей конст-рукции и сопоставить его с требуемым ().

Теплопроводность связана с коэффициентом температуро­проводности , те-плоемкости С и плотностью материала . Эта зависимость значитель-но упрощает маркировку теплоизоляционных материалов, которую можно про­водить по их плотности с достаточной для практики точнос­тью. В связи с этим ос-новным показателем качества таких ма­териалов служит марка (кг/м³): D15, D 25, D 35, D 50, D 100, D 125, D 150, D 175, D 200, D 250, D 300, D 350, D 400, D 500, D 600, определяемая по средней плотности.

Наиболее распространенными в строительной практике яв­ляются пористые материалы. В общем случае можно считать, что чем больше объем пор, тем теп-лопроводность меньше. Такое утверждение основывается на том, что самой малой теп­лопроводностью обладает воздух ( = 0, 023 Вт /м °С). Однако в действите-льности теплопроводность зависит не только от объема, но и от размеров пор, их формы, а также характера пористости и пр. В крупных порах конвективный теплоперенос происходит интенсивнее по сравнению с мелкими, в кото­рых воздух при наличии теплового градиента может оказать­ся неподвижным и теплопровод-ность его минимальная. По­этому при формировании пористой структуры техно-логичес­кие приемы всегда направлены на получение, по возможнос­ти, более мел-ких, равномерно распределенных пор по всему объему материала. Оптимальной считается поровая структура с полидисперсными (различными по диаметру) де-формиро­ванными (в виде многогранников) порами. Такая структура позволяет избежать заполнения исходным материалом межпоровых полостей, а при умень-шении толщины поровых обо­лочек до величин, соизмеримых с размерами моле-кул (напри­мер, в полимерных материалах) можно добиться объема пор порядка 99% и средней плотности 12-15 кг/м³.

Характер пористости оказывает решающее влияние на аку­стические и тепло-изоляционные свойства пористого материа­ла. При замкнутой пористости материал относится к тепло­изоляционным, а при сквозной (в определенных пределах) — к звукопоглощающим. Такие свойства могут быть улучшены также путем специаль-ной обработки поверхности изделий и образования отверстий в теле материала. Во- локнистое строение характерно для материалов на ос­нове минерального (минера-льная и стеклянная вата) или орга­нического волокна (древесное, полимерное, живо-тное).

Теплоперенос в волокнистых материалах осуществляется за счет переноса тепла от одного волокна к другому (кондукционный), а также конвективным пере-носом воздухом, за­ключенным между волокнами. Поэтому с уменьшением тол­щи-ны волокон теплоперенос затрудняется, так как при пере­даче тепла от одного воло-кна к другому затрачивается тепло­вая энергия: чем тоньше волокно, тем больше та-ких контак­тов, тем больше потери тепла при его переносе по направле­нию теплово-го градиента. При тонковолокнистой структуре воздух находится в виде тонких прослоек неправильной фор­мы, что также затрудняет теплоперенос в такой струк-туре за счет конвективного теплопереноса.

Оптимальной считается структура по возможности с более тонкими волокна-ми. Для неорганических материалов обычно размер волокон ограничивается вели-чиной 5-8 мк, так как при меньшем диаметре волокно получается ломким. Для орга-ничес­ких материалов диаметр волокон зависит от природы исходного материала и в ряде случаев может быть значительно меньше. Теплопроводность волокнистых ма-териалов зависит также от направления потока теплоты. Например, для дерева тепло-про­водность вдоль волокон примерно в 2 раза выше, чем поперек.

Увлажнение и тем более замерзание воды в порах матери­ала ведет к резкому увеличению теплопроводности, так как у воды она равна 0, 58 Вт /(м∙ °С), т.е. при-мерно в 25 раз, а льда — 2, 32 Вт/(м∙ °С), в 100 раз больше, чем воздуха.

В определенных пределах теплопроводность повышается пря­мо пропорциона-льно возрастанию объемной влажности (%), что позволяет вычислить тепло-проводность влажного материала по следующей формуле:

где — теплопроводность сухого материала;

— приращение теплопроводности на 1 % объемной влажности, которое для неорганических материалов составляет при поло­жительной температуре — 0, 002 Вт/(м∙ °С) и отрица­тельной — 0, 004 Вт/(м∙ °С) и органических соответ­ст-венно 0, 003 и 0, 004 Вт/м∙ °С).

Температуростойкость оценивают предельной температу­рой применения ма-териала. Выше этой температуры матери­ал изменяет свою структуру, теряет меха-ническую прочность и разрушается, а органические материалы могут загораться.

Теплоемкость имеет существенное значение в условиях частых теплосмен. Теплоемкость неорганических материалов колеблется от 0, 67 до 1 кДж/(кг°С). С увеличением влажнос­ти материала его теплоемкость резко возрастает, так как для воды при 4°С она составляет 4, 2 кДж/(кг°С). Увеличение теп­лоемкости отмеча-ется и при повышении температуры.

Огнестойкость характеризует сгораемость материала, т.е. его способность восп-ламеняться и гореть при воздействии открыто­го пламени. Возгораемость определяет-ся при воздействии температуры 800-850 °С и выдер­жке в течение 20 мин.