СВОЙСТВА, ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ.
Пенополиуретаны - легкие и прочные материалы, в которых только 3% от объема ППУ составляет твердый материал, представляющий каркас из ребер и стенок, остальные 97% - это закрытые поры, заполненные изоляционными газами и воздухом, которые являются плохим проводником тепла.
Компоненты для получения пенополиуретана.
Исходным сырьем для получения пенополиуретанов служат жидкие продукты (полиол и полиизоцианат) разной степени вязкости, при смешении которых в определенном соотношении происходит химическая реакция синтеза полимера с одновременным его вспениванием. Дозировка и смешение ППУ компонентов осуществляется специальными напылительными и заливочными оборудованиями низкого и высокого давления.
Полиольный компонент ППУ (компонент «А»)
Полиол создает полимерную основу пенополиуретана при реакции с полиизоцианатом. Полиол определяет свойства готовой продукции (плотность, твердость, горючесть) и параметры протекания реакции (моментальное вспенивание и отвердение при напылении или плавное растекание, увеличение в объеме и медленное затвердевание при заливке). Компонент «А» не гремуч, невзрывоопасен и обладает малой токсичностью. Перед эксплуатацией есть необходимость в тщательном перемешивании жидкости в течение 5-10 минут специализорованным оборудованием или путем перекатывания и опрокидывания бочки.
Изоцианатный компонент ППУ (компонент «Б»)
Темно-коричневая жидкость со специфическим запахом. Токсичен, пожароопасен и легко вступает в реакцию с влагой любого рода, поэтому хранится в герметичных емкостях.Используется в качестве компонента «Б» для производства ППУ в заливочных и напыляемых системах.
Антипирены
Антипирены (Трихлорэтилфосфат (ТХЭФ) — смеси, добавляемые в компонент ППУ органического происхождения для снижения его горючести.
Сырье для получения пенополиуретана, имеет десятки марок, отличающихся друг от друга плотностью, теплопроводностью, технологическими параметрами, механическими характеристиками, водопоглощением, температурой эксплуатации, гарантийным сроком и др.
При выборе сырья (ПУ-системы) прежде всего следует исходить из необходимой плотности конечного продукта. Например, если изолируются стены, то достаточно плотности 40-60 кг/м3. Если изолируются кровли, по которым впоследствии предполагается передвижение, то желательно, чтобы плотность была 60-80 кг/м3, если производится напыление изнутри на потолочную поверхность, где возможность механического воздействия равна практически нулю, плотность конечного продукта достаточно иметь 32-42 кг/м3.
Пенополиуретаны отличаются широкими технологическими возможностями получения, стойкостью к коррозии, воздействию химических сред, радиации, атмосферных факторов. Они имеют высокие теплоизоляционные свойства, высокую удельную прочность, широкий интервал рабочих температур, малую водопроницаемость и паропроницаемость.
Геометрические размеры ячеек и свойства газа, который их заполняет, влияет на теплоизоляционные характеристики пенополиуретанов.
Напыляемый пенополиуретан имеет открытую и закрытую ячейку. Открытоячеистый ППУ называют "Лёгким" (Лёгкая пена), ППУ с закрытой ячейкой Жёстким (Жёсткая пена).
Открытая ячейка
ППУ с открытыми ячейками состоит из открытых ячеек, которые взаимосвязаны друг с другом, по сути этот материал подобен губке, он эластичен. Он отлично поглощает шум, но он менее прочен и более паропроницаем. Поэтому не рекомендуется его применение для наружного утепления, и для утепления помещений с высокой концентрацией водяного пара (мансарды, чердаки, фасады, подвалы, холодильные камеры и т.д.). Применение открытоячеистого ППУ для теплоизоляции возможно только при обеспечении пароизоляции этого материала.
Закрытая ячейка
ППУ с закрытыми ячейками представляет собой полимер пористой структуры из закрытых ячеек, заполненных газом. Газ заполняет ячейки ППУ при вспенивании, и определяет теплоизоляционные свойства материала. ППУ с закрытой ячейкой обладает высокой прочностью и твердостью, маленьким весом, низкой паропроницаемостью и самой низкой теплопроводностью из всех пенопластов. За счет своей низкой паропроницаемости и теплопроводности, этот материал может применяться для утепления абсолютно любых конструкций и зданий, для утепления труб и цистерн, ангаров и холодильников.
Преимущества ППУ с закрытоячеистой структурой перед пеной с открытой ячейкой - это прочность, лучшие теплозащитные свойства, большая устойчивость к проницанию воздуха и водяного пара.
Сравнительные характеристики открыто- и закрытоячеистого ППУ
| Закрытоячеистый ППУ | Открытоячеистый ППУ |
| "Жёсткая пена" | "Мягкая пена" |
| Имеет плотность кг/м3 28-40 | Имеет плотность кг/м 39-20 |
| Коэффициент теплопроводности Вт/м*К 0,019-0,030 | Коэффициент теплопроводности Вт/м*К 0,03-0,045 |
| Количество закрытых ячеек, % Более 95 | Количество закрытых ячеек, % Менее 40 |
| Расширение (подъем пены) по сравнению с первоначальным объемом 30:1 | Расширение (подъем пены) по сравнению с первоначальным объемом 100:1 |
| Плотность, кг/м3 28-300 | Плотность, кг/м3 8-20 |
| Паропроницаемость Мг/(м*ч*Па) 0,02-0,05 | Паропроницаемость Мг/(м*ч*Па) 0,08-0,1 |
| Влагопоглощение, % 1-2 | Влагопоглощение, % 25-100 |
| Гидроизоляционные свойства - да | Гидроизоляционные свойства - нет |
| Звукопоглощение - хрошее | Звукопоглощение - высокое |
| Расчитан для внешнего утепления домов. | Рассчитан для внутреннего утепления домов. |
| Предназначен для железобетонного, кирпичного и монолитного домостроения, промышленных объектов, емкостей, транспорта | Предназначен в основном для деревянного и каркасного домостроения, может использоваться как звукоизоляция |
| Для внутреннего утепления можно применять, но должна быть предусмотрена система приточно-вытяжной вентиляции (для сохранения нормального микроклимата) | Может использоваться для наружного утепления, но требуются дополнительные защитные мембраны (от влаги, пара и ветра) |
| Не гигроскопичен (% влагопоглощения практически нулевой), не требует паро- ветро- влагозащитных мембран | Гигроскопичен (поглощает влагу), требуется применение защитных мембран. Намокая, временно теряет теплоизолирующие свойства. Высохнув, полностью восстанавливает все свои характеристики. |
| Применим для конструктивов из следующих материалов: кирпич, бетон, металл | Применим для конструктивов из следующих материалов: дерева, пено- и газо- бетона |
| Более низкий коэффициент теплопроводности в отличии от мягкого, поэтому стоимость за м3 практически в 2 разы выше мягкого ППУ. | Более высокий коэффициент теплопроводности сравнивая с жестким ППУ, поэтому слой мягкого пенополиуретана в два раза больше, чем аналогичный слой жёсткого пенополиуретана (100мм мягкого ППУ = 45мм. Жесткого ППУ) |
| Более высокая стоимость за метр кубический в сравнении с лёгкой пеной | Более низкая стоимость за метр кубический в сравнении с жёсткой пеной |
Жёсткие пенополиуретаны, применяемые в строительстве, отличаются высокими теплоизоляционными свойствами, широким интервалом рабочих температур, высокой удельной прочностью, малой водо- и паропроницаемостью, широкими технологическими возможностями получения, стойкостью к коррозии, воздействию атмосферных факторов, химических сред, радиации.
Свойства пенополиуретанов (ППУ)
Теплоизоляционные характеристики жестких пенопластов зависят от герметических размеров ячеек, и коэффициент теплопроводности колеблется от0,019 до 0,035 Вт/(м К). Для сравнения: керамзитовый гравий имеет коэффициент теплопроводности от 0,12 до 0,14 Вт/(м К), пеностекло или газостекло - 0,84 Вт/(м-К), ваты минераловатные прошивные - 0,056 Вт/(м К). Применяемые марки ППУ не теряют своих теплоизоляционных и прочностных свойств в процессе эксплуатации при температурах от минус 100 °С до плюс 100 °С. Некоторые марки ППУ выдерживают без ухудшения эксплуатационных свойств повышенную температуру до 320 °С, а другие марки - пониженную до минус 250 °С.
Звукопоглощение ППУ зависит от их демпфирующих свойств, степени эластичности, толщины изоляционного слоя, воздухопроницаемости. Звуковая способность ППУ определяется степенью поглощения звуковой энергии частицами воздуха внутри ячеек и работой трения при движении частиц между сообщающимися ячейками, а также жесткостью ячеистого каркаса или частотой возбужденных колебаний. Для устранения отражения звука от слоя ППУ нужно его импеданс (сопротивление среде) сделать равным импедансу воздуха. В этом отношении лучшими свойствами обладают ППУ малой плотности. Экспериментально установлено, что наибольшее шумопоглошение обеспечивают полуэластичные ППУ.
Практически звукопоглощающие свойства ППУ повышают различными способами:
- в зоне низких частот - подбором величины воздушного промежутка между слоем ППУ и вибрирующей конструкцией;
- в зоне средних частот - подбором рецептур с таким расчетом, чтобы резонансные частоты полимерных перегородок находились за пределами рабочего диапазона частот звуковых колебаний;
- в зоне высоких частот - перфорированием пленочных покрытий.
Химическая стойкость ППУ выше стойкости других пенопластов. Пары химических веществ до предела допустимой концентрации не разрушают их. ППУ стойки к следующим агрессивным средам: бензину, бензолу, галогеноуглеводородам, разбавленным кислотам, маслам, пластификаторам, спиртам; ограниченно стойки к кетокам, эфирам, концентрированным кислотам. Такие свойства ППУ расширяют возможности их использования в химической и нефтехимической промышленности. Пенополиуретаны, нанесенные на металлическую поверхность, защищают ее от коррозии как слоем собственного пенопласта, так и пленками, образующимися в процессе вспенивания на поверхностях пенопласта со стороны металла и со стороны внешней среды. Эффективность защиты определяется используемой маркой ППУ и степенью повреждения слоя покрытия.
Водопоглощение ППУ не превышает 1-3% по объему за 24 часа и зависит от особенности используемой рецептуры. С увеличением плотности снижается водопоглощение. Используя гидрофобизирующие добавки (например, касторовое масло) в рецептуру, можно уменьшить водологлощение в 4 раза. Стойкость ППУ к длительному воздействию воды особенно актуальна для судостроения. Поропласты интенсивно поглощают воду за счет заполнения макроячеек во всем объеме образца и сорбции воды стенками ячеек. Водопоглощение пенопластов значительно меньше, так как влага через стенки ячеек диффундирует медленно. Установлено, что ППУ отличаются хорошей формоустойчивостью при длительном воздействии воды. После месячной выдержки объем образцов ППУ увеличился всего на 2,5%, затем началась усадка, которая через 3 года составила 1% по объему или 0,3% - ло линейным размерам. Объем образцов ППУ после месячного испытания увеличился до 4%, а после трехлетней выдержки приблизился к исходному.
Огнестойкость и термостойкость. Применяемые фирмой ППУ принадлежат к самозатухающим (С), трудновоспламеняемым (ТВ), трудносгораемым (ТС) пенополиуретанам. Практически повышение огнестойкости ППУ, как и других пенопластов, обеспечивают в основном двумя способами: химической модификацией рецептуры и введением наполнителей. Первый из них более дорогой и трудоемкий, второй применяют чаще. В качестве наполнителей используют галоген, фосфоросодержащие соединения. В ряде случаев целесообразно наполненный ППУ наносить в качестве покрытия на поверхность ранее вспененного ППУ в виде тонкого слоя. Такие двуслойные покрытия можно использовать в тех отраслях народного хозяйства, где к покрытиям предъявляют повышенные требования в отношении огнестойкости. Огнестойкость и термостойкость ППУ можно обеспечивать нанесением на их поверхность специальных покрытий типа ФУКАМ.
Экология.
Применяемые фирмой пенополиуретаны в процессе эксплуатации экологически безопасны. Имеются соответствующие разрешения на применение пенополиуретана санитарно-эпидемиологическими органами.
Старение.
Эксплуатационный срок различных материалов определяется стойкостью их к старению, т.е. способностью сохранить свои свойства при эксплуатации на уровне требований технических условии. Климатические испытания проведены в различных районах: умеренно холодном (г. Владимир), сухом жарком (г.Ташкент), очень холодном (Антарктида, станция «Восток»), жарком влажном (в районе экватора). В результате испытаний установлено, что изменение контролируемых характеристик ППУ было практически невелико и сохранилось на допустимом уровне. Удовлетворительную стойкость ППУ при непосредственном воздействии на них атмосферных факторов можно проиллюстрировать на примере нанесения напыления на нефтехранилища в Москве, Екатеринбурге, Красноярске, Чите. За 15 лет эксплуатации на этих объектах не обнаружено появление плесени, эрозии, вспучивания покрытия. Окраска внутри ППУ практически не изменилась. Цвет наружной поверхности из светло-желтого перешел в темно-коричневый. Предел прочности практически не изменился, ударная вязкость внутренних слоев увеличилась в 1,5 раза. Коэффициент теплопроводности изменился с 0,033 до 0,04 Вт/(м К). Температура размягчения практически не изменилась. Эти данные хорошо согласуются с расчетными, согласно которым через 30 лет хранения пенополиуретана коэффициент теплопроводности увеличивается на 15%. Водопоглощение ППУ не превышало 0,15 кг/куб.м. Диэлектрические характеристики практически не изменились. Изменение цвета ППУ (пожелтение) обусловливается наличием свободных аминогрупп в полимере и воздействием света. Интенсивность этого процесса удается снизить изменением рецептур.
Радиационная стойкость ППУ.
При ионизирующем излучении выявлено некоторое уменьшение (на 0,3-2,4%) массы образцов жестких ППУ. Прочность увеличивается на 20-40%. При воздействии излучения изменяются диэлектрические характеристики: тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 1 МГц уменьшается в 2 раза, а диэлектрическая проницаемость заметно изменяется. Объемное сопротивление при этом монотонно увеличивается. С ростом частот диэлектрическая проницаемость уменьшается незначительно при температурах до 100 °С. Главным параметром, определяющим диэлектрическую проницаемость в области температур до 100 °С, является плотность ППУ.
Токсичность.
После завершения процесса отвердения (10-20 сек.) пенополиуретаны нетоксичны. При температуре 500 °С выделяются угарный и углекислый газы. Испытания, проведенные на мышах, показали, что токсичность продуктов разложения пенополиуретанов значительно ниже токсичности продуктов разложения древесины и каучука в тех же условиях.
Гарантийный срок.
Применяемые фирмой марки пенополиуретанов сохраняют свои свойства от 15 до 50 лет. Длительное ультрафиолетовое облучение незащищенных пенополиуретанов в стыке, соответствующее 60-летнему периоду эксплуатации, не оказывает заметного влияния на их физико-механические свойства на глубине более 10 мм от поверхности. При длительном воздействии переменных температур и циклической деформации, соответствующих 40-летнему периоду эксплуатации, пенополиуретаны не крошатся, образования трещин и других нарушений макроструктуры не происходит.
ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕНОПОЛИУРЕТАНОВ:
АДГЕЗИЯ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА С НЕКОТОРЫМИ МАТЕРИАЛАМИ
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ ПЛИТАМИ ППУ И МИН. ВАТОЙ
| показатели | пенополиуретан | минерал. вата |
| Коэффициент теплопроводности | 0,019-0,028 | 0,034-0,041 |
| Толщина покрытия | 35-70 мм. | 120-220 мм. |
| Эффективный срок службы | 25-30 лет | 5 лет |
| Производство работ | От +5С до +30С | От +5С до +30С |
| Влага, агрессивные среды | Устойчив | Теплоизоляц. свойства теряются, восстановлению не подлежат |
| Экологическая чистота | Безопасен! Разрешено применение в жилых зданиях Минздравом РСФСР №07/6-561 от 26.12.86 | Аллерген |
| Фактические тепловые потери | В 1,7 раза ниже нормативных СниП 2.04.14-88 Энергосбережение, №1, 1999 г. | Превышение нормативных СниП после 12 месяцев эксплуатации. |
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.
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.
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 | |
|
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:
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:
E ср = (T внут - Т нар) / R = (T внут - Т нар) / (d / ʎ) = (20 – (-5)) / (0,1/0,025) = 25 / 4 = 6,25 Вт/м 2
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 «R треб »). 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.).
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:
d ппу = (R треб - R констр) ʎ ппу = (R треб - d констр / ʎ констр) ʎ ппу,
где d ппу – требуемый слой ППУ в метрах,
R треб – требуемое сопротивление теплопередаче в (м²·K)/Вт,
R констр - сопротивление теплопередаче существующей ограждающей конструкции в (м²·K)/Вт,
ʎ ппу – коэффициент теплопроводности ППУ в Вт/(м K),
ʎ констр – 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:
R треб = 3,21 (м²·K)/Вт - берем из справочных данных в соответствии с климатической зоной Казани и требованиям к данному типу помещения;
ʎ ппу = 0,025 Вт/(м K) – средняя величина из справочных данных для ППУ с плотностью 30-40 кг/м 3 ;
ʎ констр = 1,05 Вт/(м K) – из справочных данных для полнотелого силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе.
Произведем расчет:
d ппу = (R треб - d констр / ʎ констр) ʎ ппу = (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
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
Технические характеристики пенополиуретана, представляющего собой материал из группы газонаполненных пластмасс, на 85-90 % состоящих из инертной газовой массы, позволяют использовать его в различных сферах человеческой деятельности: от изготовления детских игрушек и губок для мытья посуды до осуществления утепления в различных видах сооружений, в том числе на балконах и лоджиях.
Подробнее о материале
Структура пенополиуретана – пористая и ячеистая, причем все крохотные ячейки, из которых он состоит, заполнены газообразным веществом. Оставшиеся несколько процентов объема составляет твердая часть, сформированная тонкими стенками этих ячеек. Основой для его производства являются продукты нефтехимической переработки, в частности, полиолы и полиизоцианаты. Кроме того существует технология выработки компонентов ППУ из масел на основе растительного сырья, однако из-за того, что стоимость исходных компонентов при таком способе производства имеет гораздо большую цену, она используется лишь в исключительных случаях.
В зависимости от пропорции исходных компонентов, используемых для создания этого материала, выпускаются пенополиуретаны с ячейками различных размеров и толщины, имеющие разные прочностные характеристики. В их число входят:
- ППУ обычного типа;
- С повышенной жесткостью;
- Мягкого типа;
- Очень мягкие;
- Вязко эластичные;
- Высокоэластичные.
В строительном производстве используется пенополиуретан жесткого типа, с плотностью 30-86 кг/ м 3 , обладающий высокими энергосберегающими способностями. ППУ с плотностью порядка 70 кг/м 3 , помимо своих прочностных качеств, обладает повышенной способностью удерживать влагу , благодаря чему он с успехом используется в устройстве гидроизоляции.
Сфера применения в качестве утеплителя
Благодаря своей низкой теплопроводности (0,019 – 0,03 Вт/м), небольшой паропроницаемости и хорошим гидроизолирующим свойствам пенополиуретан с успехом используется в строительстве, как эффективное и надежное средство для устройства теплоизоляции различных строений и сооружений. Например, при производстве таких работ, как:
- Создание теплоизоляционного слоя в кровлях и чердачных помещениях;
- Утепление и устройство акустической изоляции внутренних и наружных стен, перекрытий зданий;
- Устройство гидроизоляции и утепления фундаментов;
- Создание теплоизоляционного слоя при монтаже магистральных трубопроводов.
Утепление крыш зданий при помощи пенополиуретановой смеси очень популярно во многих развитых странах, таких, как США и Канада. Для предохранения от разрушения вследствие воздействия ультрафиолета, такое покрытие дополнительно закрывается сверху бетоном или листовым металлом.
Один из самых популярных и доступных материалов для утепления — это пенопласт. в качестве утеплителя мы рассказали на нашем сайте.
Преимущества и недостатки
Пенополиуретан как утеплитель обладает целым рядом положительных качеств, подтверждающих эффективность и рациональность его применения на различных стадиях строительного производства. К ним относятся:
- Высокая степень адгезии (схватывания) с обрабатываемым основанием. Благодаря своей способности к прилипанию пенополиуретановая пена может наноситься на поверхности любого типа, расположенные под любыми углами и плоскостями.
- Механическая прочность и способность к расширению . Увеличивая свой объем в процессе нанесения, пенополиуретановый состав заполняет все мельчайшие щели, образуя плотное монолитное покрытие, обладающее высокими прочностными качествами.
- Легкость . Это качество позволяет активно использовать этот материал в работах по теплоизоляции крыш и чердачных помещений.
- Шумоизоляционные свойства . Пенополиуретановая пена с ячейками закрытого типа за счет своей возможности формирования однородного, бесшовного покрытия является одним из лучших звукоизоляторов.
- Удобство в работе и быстрота нанесения . Производство и нанесение пенополиуретанового состава возможно на месте монтажа, за счет чего удается значительно снизить транспортировочные расходы и выполнить работы по утеплению более качественно, избежав появления «мостиков холода» на отдельных участках. Окончательное затвердение пены происходит в минимальные сроки, после чего она приобретает свои высокие физико-технические качества.
Впрочем, помимо несомненных достоинств ППУ имеет и некоторые «проблемные места». В том числе:
- Низкую стойкость к ультрафиолетовому излучению . При открытом способе его эксплуатации необходимо предусмотреть его дополнительную защиту в виде нанесения слоя штукатурки, краски или панелей.
- Не достаточно высокую пожаростойкость . Поэтому для защиты от возможного воспламенения полиуретановый утеплитель должен быть защищен специальным пожаробезопасным покрытием.
- Высокую стоимость . На сегодняшний день средняя стоимость напыления пенополиуретанового покрытия толщиной 10 см составляет 1500-2500 руб. за 1 м 2 , 5 см – 750-1300 руб.
Характеристики и свойства
По своим теплоизоляционным характеристикам пенополиуретан в качестве утеплителя значительно превосходит другие популярные материалы, использующиеся в современном строительном производстве. Он отличается высокой плотностью и имеет хорошие теплосберегающие показатели. Основное влияние на теплопроводность ППУ оказывает размер и структура его ячеек. У жидких составов этот показатель находится в пределах 0,019 – 0,035 Вт/м К, в то время, как коэффициент теплопроводности другого популярного утеплителя – минеральной ваты, составляет 0,045 – 0,056 Вт/м К.
Коэффициент паропроницаемости пенополиуретана с закрытой ячеистой структурой составляет µ = 50 по ISO/FDIS 10456:2007(E), что в 50 раз ниже данного показателя, рассчитанного для минеральной ваты (µ = 1). То есть, при использовании пенополиуретановой пены для утепления внутренней части помещений или защиты бетонных поверхностей с внешней стороны предотвращается проникновение водяных паров в структуру стен или перекрытий. Тем не менее, в водной среде использовать пенополиуретановое утепление не рекомендуется из-за возможностей развития реакций гидратации.
Обратите внимание: Пенополиуретановые составы с низкой плотностью, обладающие ячеистой структурой открытого типа, паропроницаемы, поэтому нуждаются в создании пароизоляционной защиты при использовании внутри помещений.
Технические характеристики пенополиуретана:
| Номер п/п | Показатели | Единицы измерения | Величины для полиуретанов различных марок |
| 1 | Кажущаяся плотность | Кг/м 3 | 18.300 |
| 2 | Теплопроводность | Вт/м К | Не более 0,019.0,03 |
| 3 | Разрушающее напряжение, не менее | Мпа | Сжатие: 0,15…1,0Изгиб: 0,35.1,9 |
| 4 | Водопоглощение | % объема | 1,2.2,1 |
| 5 | Количество закрытых пор | Не менее 85..95 | |
| 6 | Горючесть | ГОСТ 12.1.044 (трудногорючие) |
Сравнение пенополиуретана с утеплителями других видов
Для того чтобы выяснить, насколько оправдано и целесообразно применение ППУ в качестве утеплителя, его основные физико-технические параметры следует рассматривать в сравнении с другими популярными материалами, например минеральной ватой:
| Показатели | Единицы измерения | Наименование материала | |
| Пенополиуретан (ППУ) | Минеральная вата | ||
| Коэффициент теплопроводности | Вт/ м К | 0,033 | 0,049 |
| Кажущаяся плотность | Кг/м 3 | 60-80 | 55-150 |
| Прочность при сжатии | Мпа | 0,3 | Не нормируется, минимальное сопротивление нагрузкам |
| Поглощение влаги, не более | % | 10 | Не нормируется, постоянный процент влажности 4%, низкая сопротивляемость увлажнению |
| Эффективный срок службы, не менее | лет | 40 | 10 |
| Расходы при эксплуатации (показатель удельной повреждаемости) | Повреждение в год/100 км | 3-4 | 30-40 |
Сравнительные характеристики пенополиуретана в плане его экологичности и безопасности, представлены в следующей таблице:
| Показатели | Пенополистирол | Пенопласт | Минеральная вата | |
| Экологическая безопасность | Безопасен | — | — | Содержит фенолы, формальдегиды |
| Отношение к влаге | Устойчив | Устойчив | Не устойчив | Не устойчива |
| Поведение в агрессивных средах | Устойчив | Менее устойчив | Слабоустойчив | Не устойчива |
| Сопротивляемость грызунам, микроорганизмам | Хорошая | Малая | Нет | Нет |
| Наличие ядовитых веществ, % в массе | Нет | Нет | Нет | 6 % (формальдегиды, фенолы) |
| Распространение волокон в воздухе | Нет | Нет | Нет | Присутствуют, аллерген |
| Наличие азоноразрушающих газов | Нет | Нет | Нет | Да |
Еще одним из интересных материалов для утепления является . О том, чем хорош этот утеплитель читайте здесь.
Чтобы балкон стал максимально теплым, кроме работ по теплоизоляции необходимо провести еще и отопление. Для этого можно воспользоваться инфракрасными потолочными обогревателями, странице.
В случае самостоятельной работы с материалом следует придерживаться некоторых простых рекомендаций:
На заметку: Устройство пенополиуретанового утепления может производиться круглогодично.
Таким образом, изучив технические характеристики пенополиуретана и правильно осуществив его нанесение можно получить долговечное и качественное теплоизолирующее покрытие, которое любое помещение сделает более теплым и комфортным.
Пенополиуретан видео
В данном разделе предлагаем вам посмотреть видеосюжет о технических характеристиках пенополиуретана и о технологии его напыления.
Утеплитель пенополиуретан или ППУ представляет собой вид материала из группы газонаполненных пластмасс. Он характеризуется высокой степенью жесткости и минимальным показателем коэффициента теплопроводности. Благодаря широкому ряду положительных качеств, куда входят и только что названные свойства, ППУ используется в разных сферах при обустройстве объектов различного целевого назначения.
Более подробно о применении
Характеристики пенополиуретана позволяют задействовать этот материал в автомобильной промышленности с целью звукоизоляции транспорта, а также при производстве практически всех пластиковых элементов: подлокотники, приборная панель, рукоятки. В мебельной, легкой промышленности ППУ задействуют в качестве наполнителя подкладки разнотипной мебели. Этот материал широко применяется в торговой, обувной промышленности.
Структура пенополиуретана разной плотности
Одно из основных направлений – строительство. ППУ может быть задействован при обустройстве крыш, полов, стен, потолков. Его применяют в качестве основного материала при заполнении любых щелей, неплотностей конструкции. Этому способствуют свойства пенополиуретана: низкая паропроницаемость и теплопроводность, а также устойчивость к воздействию жидкостей. ППУ можно использовать в качестве барьера для оттока тепла из помещения, но помимо этого, материал данного вида проявил себя как эффективная звукоизоляция.
ППУ используется практически везде в строительстве, где понадобится утепление: пол, потолок стены. Пенополиуретановая смесь представлена в двух формах: самовспенивающийся состав и жесткие листы. Первый из вариантов содержится в баллонах. Под давлением смесь распыляется на обрабатываемую поверхность. При контакте с воздушной средой ППУ мгновенно затвердевает, образуя непроницаемую оболочку без щелей и, соответственно, мостиков холода. По этой причине самовспенивающийся состав более предпочтителен.
Достоинства и недостатки
Свойства данного материала делают его универсальным, подходящим для отделки практически любой поверхности. Кроме того, отмечаются и другие, не менее значимые положительные особенности:
- Самосхватывающийся состав характеризуется отличной адгезией с любой поверхностью, что усиливает тепло- и звукоизоляционный свойства.
- Повышенная жесткость материала делает его подходящим для отделки конструкций, на которые приходятся большие нагрузки.
- ППУ характеризуется способностью задерживать отток тепла из помещения. Такая возможность обусловлена тем, что теплопроводность пенополиуретана одна из самых низких в сравнении с другими видами утеплителей.
- Дополнительная звукоизоляция.
- Неподверженность воздействию повышенных и низких температур.
- Легкий вес ППУ исключает вероятность утяжеления обрабатываемой конструкции.
- При использовании самосхватывающегося состава готовый теплоизоляционный слой не будет содержать мостики холода.
Жидкий ППУ можно длительно использовать в качестве теплостойкого, диэлектрика и огнезащитного материала при температурах от -60 до +200°С Но, как и любой прочий материал, ППУ кроме положительных качеств, также имеет недостатки. В первую очередь нужно отметить высокую стоимость утеплителя. При работе с большой площадью поверхности цена такой отделки будет довольно высокой.
Но, помимо этого, есть и более серьезные недостатки, в частности, подверженность возгоранию. Если материал будет постепенно нагреваться, начнется процесс его тления, однако, до фазы активного горения не дойдет. Категория горючести пенополиуретана – Г2.
Но и это не все недостатки, так как прямое воздействие на пенополиуретан солнечных лучей приводит к изменению основных свойств материала. По данной причине его нужно защищать, используя отделочные материалы (штукатурка, цементная стяжка, лакокрасочные составы, лицевые панели и пр.).
Обзор характеристик
Чтобы подобрать марку пенополиуретана, необходимо изучить его технические характеристики. Наиболее существенные из них:
- уровень выдерживаемых нагрузок на изгиб и сжатие, соответственно: 0,35-1,9 МПа; 0,15-1,0 МПа;
- теплопроводность варьируется между значениями 0, 19 и 0,03 Вт/(м*К) – это минимальные показатели в сравнении с другими разновидностями утеплителей;
- уровень влагопоглощения: 1,2-2,1%;
- устойчивость к таким веществам, как бензин, толуол, керосин, бензол, мыльный раствор и различные по составу жиры;
- при контакте со спиртом и ацетоном пенополиуретановый состав набухает;
- под воздействием азотной и серной кислот материал растворяется.
Свойства и характеристики материала отвечают таким качествам, как тепло и звукоизоляция. Поэтому более широкое применение получил в строительстве. Однако не все технические характеристики самовспенивающегося состава превосходят возможности других утеплителей. Например, по влагостойкости ППУ значительно хуже популярного сегодня пеноплекса, который задерживает влагу не более чем на 0,4% при контакте с водой на протяжении суток.
Сравниваем с другими утеплителями
Для сравнения можно взять некоторые из популярных сегодня утеплителей: ППУ, минераловатные плиты, пробка. Если рассмотреть основные технические характеристики этих материалов, то окажется:
Срок службы
Срок службы ППУ – порядка 20 лет, диапазон рабочих температур от -200 до +200 градусов, показатель теплопроводности – не более 0, 03 Вт/(м*К). При этом плотность состава лежит в пределах 30-150 кг/куб. м. Структура пенополиуретана – пористая закрытая.
Плотность утеплителя
По плотности пробка превосходит выше рассмотренный материал (до 400 кг/куб. м), ее структура также пористая закрытая, но при этом срок службы всего 3 года. Такой материал эксплуатируется при температуре от -30 до +90 градусов, его теплоизоляционные свойства намного хуже (0,6 Вт/(м*К)).
Теплопроводность
Технические характеристики минеральной ваты: плотность на уровне ППУ (55-150 кг/куб. м), показатель коэффициента теплопроводности ближе по значению к свойствам пробки (0,058 Вт/(м*К)). Служит минеральная вата 5 лет и характеризуется открытой пористой структурой. Диапазон температур: от -40 до +120 градусов.
Как видно, из рассмотренных материалов, недостатки проявляются, скорее, у всех прочих разновидностей. ППУ же проявил себя как наиболее подходящий по свойствам утеплитель.
Нюансы процесса напыления
Пенополиуретан содержится в баллонах и распыляется под давлением, что требует определенных навыков при работе с ним. Наносить материал рекомендуется в несколько слоев, толщина которых лежит в пределах от 10 до 20 мм.
Разные марки этого состава характеризуются различной плотностью (от 15 до 70 кг/куб. м). Чем выше значение данного параметра, тем прочнее будет прослойка теплоизоляционного слоя.
