CC BY
22
СТРОИТЕЛЬСТВО И АРХИТЕКТУРА
УДК 691-4
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЕНОПОЛИСТИРОЛА В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
© 2013 г. И.Л. Верховинский, Е.Ю. Яблонский
Верховинский Иван Леонидович - аспирант, Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. (86352) 55-4-22.
Яблонский Евгений Юрьевич - студент, кафедра «Тепловые электрические станции и теплотехника», Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт). Тел. 8(863-52) 55-2-18.
Verkhovinskij Ivan Leonidovich - aspirant, South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. (86352) 55-4-22.
Jablonskij Eugenij Yurievich - student, department «Thermal power stations and thermal engineering» South-Russia State Technical University (Novocherkassk Polytechnic Institute). Ph. 8(863-52) 55-2-18.
Рассмотрено применение пенополистирола как способ энергосбережения в строительстве. Приведены преимущества пенополистирола по сравнению с другими материалами. Доказана экономичность пенополистирола.
Ключевые слова: пенополистирол; теплоизоляционные материалы; экономия тепловой энергии; сокращение стоимости отопительного оборудования; повышение экологической безопасности; повышение температурного комфорта помещения; сокращение расходов на монтажные и строительные работы.
This article considers such method of energy saving, as using og polystyrene foam in the building. The advantages of polystyrene foam in comparison with other materials are shown. The economic efficiency of polystyrene foam is proved.
Keywords: polystyrene foam; heat-insulating materials; saving of heat energy; reduction in the cost of heating equipment; increase of ecological safety; increase of temperature comfort of rooms; the reduction of expenses for building and construction work.
Так как запасы энергоресурсов не бесконечны, а их стоимость растет, необходимо использовать новые технологии, которые позволят современному человеку экономически целесообразно распоряжаться имеющейся ресурсной базой. В этом плане стоит задуматься об использовании в строительстве наиболее эффективных теплоизоляционных материалов. Одним из наиболее экономичных теплоизоляционных материалов является пенополистирол.
Полистирольный пенопласт наиболее целесообразен в качестве теплоизоляции (по соотношению цена -качество) при выборе из всех применяемых материалов. Пенопласт - современный теплоизоляционный и упаковочный материал, имеющий вспененную структуру - миллиарды пузырьков воздуха заключены в оболочку из тончайшего пенополистирола и надежно спаяны между собой. Пенопласт не подвержен воздействию грибка и бактерий и устойчив к старению. В производстве пенополистирола не используется фреон, оказывающий вредное влияние на окружающую среду. Он экологически безопасен и применяется для упаковки товаров народного потребления. Пенопласт марки ПСБ-С 25 (ГОСТ 15588-86) демонстрирует высокую устойчивость при контакте с различными агрессивными средами: известью, солевыми раство-
рами, цементом, щелочами, ангидридом, спиртами, силиконовыми маслами, водорастворимыми красками и клеями. Пенополистирол может в течение непродолжительного времени выдерживать температуру до 110 °С (к примеру, при покрытии слоем горячего битума). В то же время он относится к группе сгораемых материалов, поэтому, как правило, при использовании в строительстве пропитывается антипиреном, придающим ему способность самозатухания. Основным достоинством этого материала является низкая теплопроводность.
То, что производство пенопласта весьма не дорого, а конечный продукт обладает замечательными изоляционными и механическими свойствами, обусловливает широкое применение этого материала во многих отраслях промышленности. Прежде всего, это незаменимый теплоизоляционный материал для использования в строительстве и производстве строительных материалов.
Изоляция на основе полистирольного пенопласта
это:
- экономия тепловой энергии на отопление;
- сокращение стоимости отопительного оборудования (за счет уменьшения его количества);
- увеличение полезной площади здания за счет уменьшения конструктивной толщины стен;
- повышение температурного комфорта помещения;
- повышение экологической безопасности строительного сооружения;
- сокращение расходов на монтажные и строительные работы.
Полистирольный пенопласт обладает высокой теплоизоляционной способностью, при той же плотности способен обеспечить долгую жизнь любого здания, независимо от климатических условий. В настоящее время уже более 60 % всего производимого пенополистирола используется для целей теплоизоляции в строительстве [1].
Теплоизоляционные свойства пенопласта в сравнении с другими материалами показаны в табл. 1 и говорят сами за себя.
Требуемая толщина теплоизоляции определяется в зависимости от климатических условий эксплуатации и назначения здания. Кроме того следует учитывать мероприятия по защите от конденсации влаги и энергосбережение.
По действующим российским строительным нормам толщина стен, одинаково препятствующих теп-лопотерям в здании, приведена в табл. 1.
Рассмотрим вариант уменьшения затрат на отопление при увеличении толщины изоляции пенополи-стиролом.
Толщина теплоизоляционного слоя рассчитывается исходя из нормативов теплосопротивления (Я), которое, будучи постоянной величиной, определяется в зависимости от климатических условий региона. Теплосопротивление конкретной стены или утеплителя рассчитывается по формуле
Я = ЬА,
где Ь - толщина слоя; k - коэффициент теплопроводности материала.
В качестве примера рассмотрим расчёт толщины слоя вспененного пенополистирола для кирпичной
стены в два кирпича 0,64 м. Исходя из того, что коэффициент теплопроводности кирпича составляет 0,56 Вт/(м-К), вычисляем теплосопротивление стены по приведённой выше формуле, которое составит1,14 м2-К/Вт.
Требуемое нормируемое сопротивление - 3,55 м2-К/Вт для Ростовской области. Исходя из этого, теплосопротивление вспененного пенополистирола должно составлять 2,41 м2-К/Вт.
Учитывая, что коэффициент теплопроводности вспененного пенополистирола составляет 0,039 Вт/(м-К), а требуемый показатель теплосопротивления был рассчитан ранее, толщина слоя теплоизоляции будет рана 0,084 м. Из этого следует, что общая толщина стены составит 0,724 м.
При увеличении толщины изоляции Ь на 0,1 м теплосопротивление стены составит 4,72, м2-К/Вт. Таким образом общее теплосопротивление стены Я2 будет равно 6,01 м2-К/Вт.
Общие теплопотери здания Qh, МДж, за отопительный период следует определять по формуле
дк = 0,0864КтDdA,¡Г ,
где Кт - общий коэффициент теплопередачи здания, Вт/(м2-°С), определим по формуле
Кт = Кт'г+Ктт/;
Кт'г - приведенный коэффициент теплопередачи через наружные ограждающие конструкции здания, Вт/(м2-°С), определяемый как сумма отношений площади и теплосопротивления, деленная на общую площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций,
К^ = X (А/Я) / А™т ;
- градусо-сутки отопительного периода [°С сут], принимаем 3180,6 °С сут; А""" - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие)
Таблица 1
Действующая норма толщины стен, одинаково препятствующих теплопотерям в здании
Строительный материал Коэффициент теплопроводности Требуемая толщина, м
Пенополистирол марки ПСБ-С 25 0,039 0,12
Минеральная вата 0,049 0,13
Железобетон 1,7 5,33
Кладка из силикатного полнотелого кирпича 0,76 2,38
Пустотелый кирпич со сквозными пустотами 0,5 1,57
Клееный деревянный брус 0,16 0,5
Керамзитобетон 0,47 1,48
Газосиликат Б500 0,12 0,385
Пенобетон Д600 0,14 0,45
верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения 2872,89 м2; К™п - условный коэффициент теплопередачи здания, учитывающий теплопотери за счет инфильтрации и вентиляции, Вт/(м2-°С), определяемый по формуле
КтШ/=028 спа№краыk/А™т ;
с - удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг-°С); па - средняя кратность воздухообмена за отопительный период, ч-1; р„ - коэффициент снижения объема воздуха в здании, учитывающий наличие внутренних
ограждающих конструкций; VI, - отапливаемый объем
3 ы
здания, м ; ра - средняя плотность приточного воздуха за отопительный период, кг/м3, определяется по формуле
Рай = 353/[273+0,5(4Й+4Й)];
k - коэффициент учета влияния встречного теплового потока в светопрозрачных конструкциях; Аг':ит - общая площадь внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций, включая покрытие (перекрытие) верхнего этажа и перекрытие пола нижнего отапливаемого помещения, м2;
Ктм/ = 0,58; Кт = 0,255+0,58 = 0,835.
Согласно расчетам, потери тепла при использовании пенополистирола как изоляции толщиной 0,09 м составят 730183 МДж.
Произведем аналогичные расчеты для толщины изоляции 0,19 м. Результаты расчета показали, что при использовании пенополистирола как изоляции толщиной 0,19 м потери тепла составляют 528952,41 МДж (126,34 Гкал).
Поступила в редакцию
Финансовые затраты и экономический эффект от увеличения толщины утепления пенопласта представлены в табл. 2.
Таблице 2
Финансовые затраты и экономический эффект от мероприятия
Утепление пенопластом толщиной 0,09 м Утепление пенопластом толщиной 0,19 м
Стоимость листа пенопласта, руб.
120 220
Стоимость утепления здания, руб.
56280 103180
Потери тепловой энергии, Гкал
137,65 126,34
Вывод
Приведены преимущества пенополистирола по сравнению с другими материалами. Показан способ энергосбережения с помощью применения пенополи-стирола в строительстве. Также по результатам технико-экономического расчета использования пенопо-листирола толщиной 0,19 м для повышения энергетической эффективности здания показан экономический эффект, равный 19227 руб. в год (тариф 1700 руб./Гкал), срок окупаемости составит 2,4 года.
Литература
1. СНиП 23-02-2003 Приложение Г. Тепловая защита зданий / Госстрой России. М., 2003.
6 мая 2013 г.
