Добавьте компанию в каталог Химтраст

Добавьте свою компанию в каталог, и получите доступ к клиентам, которым нужны ваши услуги

Добавить компанию

Расчет толщины слоя ППУ при напылении

27 Марта 2017

Как рассчитать требуемую толщину слоя пенополиуретана (ППУ) при напылении?

Один из первых вопросов, с которым сталкивается владелец бизнеса в области теплоизоляции, в том числе и в области напыления пенополиуретана (ППУ), является вопрос расчета требуемой толщины слоя теплоизоляционного материала. Действительно, в задаче очень много переменных – климатическая зона, тепловлажностные условия внутри помещения, назначение помещения, какой частью строительной конструкции является область утепления, требуемая температура в помещении, сопротивление теплопередаче существующей строительной конструкции, свойства теплоизоляционного материала, влагонакопление и некоторые другие факторы. Особенно трудно приходится, когда напыление ППУ применяется только лишь для отдельной части строительной конструкции, а не для всего помещения.

Как рассчитать требуемую толщину слоя пенополиуретана (ППУ) при напылении?

С одной стороны, велик соблазн угодить Заказчику и предложить меньший слой теплоизоляционного материала, чтобы войти в его бюджетные ожидания и быть конкурентоспособным относительно других вариантов теплоизоляционных материалов. Но с другой стороны, недостижение самой цели утепления грозит потерей репутации, финансовыми издержками на проведение дополнительных работ или даже судебным процессом. В некоторых же случаях, наблюдается и обратная ситуация – Заказчик не верит, что сравнительно небольшой слой ППУ сможет гарантировать желаемую теплоизоляционную защиту. На наш взгляд, и в том и в другом случае твердым основанием может стать научный и доказательный подход к расчету требуемой толщины теплоизоляционного слоя.

Попробуем, не уходя в научные дебри, разобраться вместе в том, как это сделать.

На что необходимо опираться при проведении теплотехнических расчетов?

Любые и даже упрощенные теплотехнические расчеты ограждающих конструкций должны основываться на следующих нормативных документах:

  • СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" – скачать
  • СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий" - скачать
  • ГОСТ Р 54851—2011 "Конструкции строительные ограждающие неоднородные. Расчет приведенного сопротивления теплопередаче" - скачать
  • СТО 00044807-001-2006 "Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий" - скачать

Как видите, расчеты сложны и требуют времени для изучения и внедрения. Благо в наше время существует возможность перевести эти сложные формулы и длинные таблицы в гораздо более понятные программы расчета, в которые лишь нужно внести исходные данные и выбрать применяемые материалы с их толщиной. Так существуют онлайн калькуляторы и отдельные программные продукты, устанавливаемые на персональный компьютер.

Одним из наиболее полных онлайн теплотехнических калькуляторов является «SmartCalc» (http://www.smartcalc.ru). При расчетах он оперирует данными и условиями из всех четырех вышеуказанных нормативных документов. При этом он позволяет использовать как существующую базу данных материалов с их свойствами, так и дополнять ее своими материалами. Кроме определения требуемой толщины теплоизоляционного слоя он позволяет оценить, не будет ли накапливаться избыточное количество влаги в конструкции во время эксплуатации, а также оценить тепловые потери.

В качестве бесплатного программного продукта для ПК часто используют программу для теплотехнического расчета «Теремок» (http://dmitriy.chiginskiy.ru/teremok/). Программа проводит расчеты на основе всех необходимых нормативных документов. Интерфейс управления программой очень простой. Программа дает возможность проводить расчеты в 2-ух режимах - расчет требуемой толщины теплоизолятора и проверка запроектированного «пирога» конструкции.

Отдельного внимания требует программный продукт для специалистов - «Temper-3D» (https://www.temper3d.ru), который предназначен для расчета температурных полей и теплового сопротивления зданий и сооружений. Помимо функций, заложенных в вышеперечисленных программах, «Temper-3D» позволяет провести трехмерный тепловой анализ для каждого отдельного узла или сечения и вывести графическую 3D картину распределения температур, а также составить документацию с результатами расчета и выводами, рассчитать мощность отопительных приборов.

Далее в статье мы с Вами будем рассматривать упрощенные расчеты, которые позволят произвести предварительную оценку требуемой толщины ППУ, а также приведем примеры расчетов с применением ППУ.

Коэффициенты теплопроводности ППУ при различной плотности

Коэффициенты теплопроводности ППУ при различной плотности

Одним из важнейших показателей, отвечающих за определение толщины слоя теплоизолятора, является его теплопроводность, характеризующаяся через коэффициент теплопроводности. Именно величина этого показателя во многом и определяет насколько эффективен тот или иной утеплитель, а также используется при любых теплотехнических расчетах, даже простейших.

Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м•K) и обозначается «ʎ», что в физическом смысле означает количество теплоты, проходящей через 1 куб.м однородного материала за 1 час при разнице температур внутри и снаружи в 1 градус Кельвина. Чем ниже величина этого показателя, тем эффективнее он работает в качестве утеплителя.

Однако, как мы уже хорошо усвоили, пенополиуретан, его свойства и сферы применения в значительной степени зависят от плотности. С коэффициентом теплопроводности все ровно также. Нет плохого или хорошего ППУ, есть сферы его применения в соответствии с его свойствами. Ниже приведена таблица с ориентировочными коэффициентами теплопроводности для различных плотностей ППУ при напылении:

Плотность ППУ, кг/куб.м Коэффициент теплопроводности, Вт/(м•K) Сферы применения при напылении ППУ
8-20
преимущественно открытоячеистая структура
0,035-0,040 внутренняя тепло- и шумоизоляция, изоляция межэтажных перекрытий, не устойчив к механическим нагрузкам
20-25
около 50% открытых ячеек
0,030-0,036 внешняя и внутренняя тепло- и шумоизоляция, должен быть защищен от попадания атмосферных осадков, не устойчив к механическим нагрузкам
30-35
преимущественно закрытоячеистая структура
0,020-0,026 внешняя и внутренняя тепло- и шумоизоляция, в том числе изоляция фундаментов при глубине засыпки не более 3 м, не предназначен для хождения
40-45
закрытоячеистая структура
0,022-0,028 внешняя и внутренняя изоляция, в том числе изоляция фундаментов при глубине засыпки не более 3 м, не для частого хождения
60-70
закрытоячеистая структура
0,028-0,034 внешняя и внутренняя изоляция, в том числе изоляция фундаментов и эксплуатируемой кровли
100-110
закрытоячеистая структура
0,035-0,040 внешняя и внутренняя изоляция, в том числе изоляция фундаментов и эксплуатируемой кровли

Как видно из таблицы, наиболее эффективно, в качестве теплоизолятора, ППУ ведет себя при плотности от 30 до 50 кг/куб.м. В этом интервале плотностей наблюдается удачное сочетание свойств - малое количество открытых ячеек, способных конвекцией переносить тепло, и малая плотность, не позволяющая теплу передаваться через толщу стенок ППУ.

Для более точного определения коэффициента теплопроводности необходимо запрашивать у поставщика сырья результаты испытаний на конкретную марку ППУ-компонентов или же самостоятельно отдавать образцы на экспертизу в лабораторию строительных материалов.

Сопротивление теплопередаче ППУ

Перед тем как перейти к каким-либо теплотехническим расчетам необходимо ввести понятие сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций, называемым также термическим сопротивлением. Сопротивление теплопередаче измеряется в (м²·K)/Вт и обозначается «R», в физическом смысле, характеризует требуемую разницу температур снаружи и внутри однородного материала площадью 1 кв.м для прохождения 1 Вт энергии. Чем выше величина этого показателя, тем эффективнее теплоизоляционные свойства ограждающей конструкции.

Формула расчета проста:

R = d / ʎ ,

где d – это толщина слоя материала в метрах,

ʎ – коэффициент теплопроводности в Вт/(м•K).

Приведем пример расчета сопротивления теплопередаче 10 см ППУ с плотностью 30-40 кг/куб.м, приняв средний коэффициент теплопроводности равным 0,025 Вт/(м•K):

R = d / ʎ = 0,1 / 0,025 = 4 (м²·K)/Вт

Для понимания смысла данных величин приведем пример расчета потерь тепловой энергии с 1 кв.м с кровли изолированной 10 см ППУ с плотностью 30-40 кг/куб.м. Предположим, что среднегодовая температура на улице составляет –5 ˚С, а в доме +20 ˚С. Тогда разница температур составит 25 °С. Потери же тепловой энергии с 1 кв.м с кровли (обозначим их «E») составят:

Eср = (Tвнут - Тнар) / R = (Tвнут - Тнар) / (d / ʎ) = (20 – (-5)) / (0,1/0,025) = 25 / 4 = 6,25 Вт/м2

Таким образом, мы упрощенно вычислили среднегодовой отток тепла с 1 кв.м кровли в час. Умножив получившееся значение на общую площадь кровли и количество часов в году, мы определим теплопотери всей кровли в год. Разумеется, мы здесь не учитывали такие факторы как оконные и чердачные проемы, сопротивление теплопроводности существующих конструкций, мостики холода и т.д. Но ориентир и схема расчета понятны.

При теплотехнических расчетах ограждающих конструкций в строительстве ориентирами выступают требуемые значения сопротивления теплопередаче всего «пирога» конструкции (обозначим как «Rтреб»). Т.е. сопротивление теплопередаче конструкции должно быть не ниже требуемого. Эти требуемые значения можно найти в таблицах в вышеприведенных нормативных документах (СНиП, ГОСТ, СТ и СТО). Причем цифры будут отличаться в зависимости от климатической зоны, влажностных условий эксплуатации помещения и его назначения, а также какой частью здания является рассчитываемая конструкция (стена, перекрытие, крыша, фундамент, окно и т.д.).

Пример упрощенного теплотехнического расчета

Пример упрощенного теплотехнического расчета

Итак, теперь мы готовы к упрощенному расчету требуемой толщины слоя ППУ при напылении. Еще раз хочу обратить Ваше внимание, что расчет не академический, а лишь ориентировочный, и никак не учитывает накопление избыточного количества влаги в конструкции во время эксплуатации.

Путем нехитрых превращений преобразуем формулу:

dппу = (Rтреб - Rконстр) • ʎппу = (Rтреб - dконстр / ʎконстр) • ʎппу,

где dппу – требуемый слой ППУ в метрах,

Rтреб – требуемое сопротивление теплопередаче в (м²·K)/Вт,

Rконстр - сопротивление теплопередаче существующей ограждающей конструкции в (м²·K)/Вт,

ʎппу – коэффициент теплопроводности ППУ в Вт/(м•K),

ʎконстр – коэффициент теплопроводности существующей ограждающей конструкции в Вт/(м•K).

Задача. Возьмем для примера существующее жилое помещение (коттедж) в г. Казани с нормальным влажностным режимом эксплуатации, стена которого представляет собой кладку из полнотелого силикатного кирпича толщиной 380 мм (в 1,5 кирпича) на цементно-песчаном растворе. Вопрос – какой минимальный слой ППУ с плотностью 30-40 кг/куб.м потребуется для эффективной теплоизоляции фасадных стен?

Решение. Примем следующие допущения:

Rтреб = 3,21 (м²·K)/Вт - берем из справочных данных в соответствии с климатической зоной Казани и требованиям к данному типу помещения;

ʎппу = 0,025 Вт/(м•K) – средняя величина из справочных данных для ППУ с плотностью 30-40 кг/м3;

ʎконстр = 1,05 Вт/(м•K) – из справочных данных для полнотелого силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе.

Произведем расчет:

dппу = (Rтреб - dконстр / ʎконстр) • ʎппу = (3,21 – 0,38 / 1,05) * 0,025 = 0,07 м

Ответ: для эффективной теплоизоляции фасадных стен данного помещения потребуется слой ППУ толщиной всего в 7 см. Проверку нашего решения на онлайн калькуляторе «SmartCalc» можно увидеть по ссылке.

Выводы

Для теплоизоляции потребуется слой ППУ толщиной всего в 7 см

При помощи приведенных в данной статье инструментов и формул можно вести с Заказчиком конструктивный и доказательный диалог по выбору утеплителя и его толщины, ссылаясь на конкретные нормативные документы. Несмотря на кажущуюся сложность расчетов, однажды углубившись в них вы вскоре поймете, что упрощенные вычисления можно произвести в течение всего пары минут. А некоторые цифры вполне нетрудно запомнить, и аппретирование ими в процессе переговоров с Заказчиком из памяти только добавит Вам плюсы.

Дополнительно по данной теме смотрите:

Смотрите видео: контроль толщины ППУ



Смотрите больше видео в специальном разделе на сайте Химтраст.

Обсуждение