Θερμομονωτικά Υλικά | Πώς να τα επιλέξεις σωστά

Θερμομονωτικά Υλικά: Λειτουργίες μετάδοσης θερμότητας και οι τεχνικοί όροι τους

Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε πώς μεταφέρεται η θερμότητα προκειμένου να επιλέξουμε τα κατάλληλα θερμομονωτικά υλικά.

Η θερμότητα μεταφέρεται μέσω της:

• • Αγωγιμότητας
  • Μεταφοράς
  • Ακτινοβολίας

• Με συνδυασμό και των τριών

Η θερμότητα κινείται πάντα από τις πιο ζεστές στις ψυχρότερες περιοχές, καθώς επιδιώκει πάντα την ισορροπία.

Εάν το εσωτερικό ενός μονωμένου υλικού είναι ψυχρότερο από την εξωτερική θερμοκρασία.

Τότε το υλικό συγκρατεί τη θερμότητα από το εξωτερικό περιβάλλον.

Όσο μεγαλύτερη είναι η διαφορά της θερμοκρασίας, τόσο πιο γρήγορα ρέει η θερμότητα στην ψυχρότερη περιοχή.

Παρακάτω θα διαβάσετε τα πάντα για τα θερμομονωτικά υλικά.

 

Λειτουργία Μετάδοσης Θερμότητας #1: Μεταβίβαση

Με αυτόν τον τρόπο, η θερμική ενέργεια περνά μέσα από ένα στερεό, υγρό ή αέριο σώμα μέσα σε ένα υλικό.

Για τη διεξαγωγή της θερμότητας, πρέπει να υπάρχει φυσική επαφή μεταξύ των σωματιδίων και κάποια διαφορά θερμοκρασίας.

Επομένως, η θερμική αγωγιμότητα είναι το μέτρο της ταχύτητας της ροής θερμότητας που διέρχεται από ένα σωματίδιο σε ένα άλλο.

Ο ρυθμός της ροής της θερμότητας μέσω ενός συγκεκριμένου υλικού θα επηρεαστεί από τη διαφορά θερμοκρασίας και τη θερμική αγωγιμότητά του.

 

Λειτουργία Μετάδοσης Θερμότητας #2: Μεταγωγή

Καθ’ αυτόν τον τρόπο, η θερμότητα μεταφέρεται όταν ο θερμός αέρας , αέριο ή υγρό κινείται από το ένα μέρος στο άλλο, μεταφέροντας τη θερμότητά του μαζί.

Ο ρυθμός ροής θερμότητας εξαρτάται από τη θερμοκρασία του κινούμενου αερίου ή υγρού και από την ταχύτητα ροής του.

 

Λειτουργία Μετάδοσης Θερμότητας #3: Ακτινοβολία

Η ενέργεια της θερμότητας μεταδίδεται με τις ακτίνες του φωτός, όπως με τις υπέρυθρες ακτινοβολίες ή κάποιου άλλου είδους ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων.

Η ατμόσφαιρα, το γυαλί και τα ημιδιαφανή υλικά περνούν μια σημαντική ποσότητα ακτινοβολούμενης θερμότητας, η οποία μπορεί να απορροφηθεί μόνο όταν πέσει σε μια επιφάνεια (π.χ. η επιφάνεια του καταστρώματος του πλοίου απορροφά την ακτινοβολούμενη θερμότητα και γίνεται ζεστή).

Είναι γνωστό ότι οι ανοιχτόχρωμες ή λαμπερές επιφάνειες αντανακλούν την ακτινοβολούμενη θερμότητα περισσότερο από τις μαύρες ή τις σκοτεινές επιφάνειες.

 

Θερμομονωτικά Υλικά: Ορισμοί

Οι θερμικές ιδιότητες που έχουν τα μονωτικά υλικά και άλλων κοινά δομικά υλικά που συμβάλουν στην θερμομόνωση και εν γένη στην μόνωση είναι γνωστά και μπορούν να μετρηθούν με ακρίβεια.

Η ποσότητα μεταφοράς της θερμότητας (ροή) μέσω οποιουδήποτε συνδυασμού υλικών μπορεί να υπολογιστεί.

Ωστόσο, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε και να κατανοούμε ορισμένους τεχνικούς όρους ώστε να μπορούμε να υπολογίσουμε τις απώλειες της θερμότητας και να κατανοήσουμε τους παράγοντες που εμπλέκονται.

Θερμική Ενέργεια

Ένα χιλιόγραμμο είναι η ποσότητα θερμότητας  που απαιτείται για την αύξηση της θερμοκρασίας ενός κιλού νερού κατά ένα βαθμό Celsius (° C).

Η μονάδα SI για την ενέργεια είναι Joule (J).

Ένα kcal είναι περίπου 4,18 kJ (αυτό ποικίλλει ελαφρώς με τη θερμοκρασία).

Μια άλλη μονάδα είναι η Btu (βρετανική θερμική μονάδα).

Ένα Btu αντιστοιχεί περίπου στο 1 kJ.

Θερμική αγωγιμότητα

Με απλά λόγια, αυτό είναι το μέτρο της ικανότητας ενός υλικού να μεταφέρει τη θερμότητα μέσω της μάζας του.

Διαφορετικά μονωτικά υλικά και άλλοι τύποι δομικών υλικών έχουν συγκεκριμένες τιμές θερμικής αγωγιμότητας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της μονωτικής τους αποτελεσματικότητας.

Η θερμική αγωγιμότητα μπορεί να εκφραστεί σε kcal m-1 ° C-1, Btu ft-1 ° F-1 και στο σύστημα SI σε watt (W) m-1 ° C-1. Η θερμική αγωγιμότητα είναι επίσης γνωστή ως η τιμή k.

Θερμική Αντίσταση

Η θερμική αντίσταση είναι η αντίστροφη της τιμής k (1 / k).

Θερμική Αντίσταση (Αξία R)

Η θερμική αντίσταση  είναι η αντίστροφη του l και χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της θερμικής αντοχής οποιουδήποτε υλικού.

Η τιμή R ορίζεται με απλό όρο ως η αντίσταση που προσφέρει οποιοδήποτε συγκεκριμένο υλικό στη ροή της θερμότητας.

Ένα καλό υλικό μόνωσης θα έχει υψηλή τιμή R.

Για πάχη διαφορετικά από 1 m, η τιμή R αυξάνεται σε άμεση αναλογία με την αύξηση του πάχους του μονωτικού υλικού.

Αυτό είναι x / l, όπου το x αντιπροσωπεύει το πάχος του υλικού σε μέτρα.

Συντελεστής μετάδοσης θερμότητας (U) (kcal m-2 h-1 ° C-1)

Το σύμβολο U δηλώνει τον συνολικό συντελεστή μετάδοσης θερμότητας για οποιοδήποτε τμήμα ενός υλικού ή ενός σύνθετου υλικού.

Οι μονάδες στον SI για το U είναι το kcal ανά τετραγωνικό μέτρο διατομής ανά ώρα ανά βαθμό Κελσίου, η διαφορά μεταξύ θερμοκρασίας αέρα εσωτερικού και θερμοκρασίας εξωτερικού αέρα.

Μπορεί επίσης να εκφραστεί σε άλλα συστήματα μονάδων. Ο συντελεστής U περιλαμβάνει τις θερμικές αντιστάσεις και των δύο επιφανειών των τοίχων ή του δαπέδου καθώς και τη θερμική αντίσταση των μεμονωμένων στρωμάτων και των χώρων.

Διαπερατότητα των υδρατμών

Αυτό ορίζεται ως η ποσότητα των υδρατμών που διέρχεται από τη μονάδα επιφάνειας ενός υλικού με το πάχος της μονάδας, όταν η διαφορά πίεσης νερού μεταξύ των δύο όψεων του υλικού είναι η μονάδα.

Μπορεί να εκφράζεται ως g cm mmHg-1 m-2 day-1 ή στο σύστημα SI ως gm MN-1 s-1.

Αντίσταση κατά των υδρατμών

Αυτό είναι το αντίστροφο της διαπερατότητας των υδρατμών και ορίζεται ως rv = 1 / pv.

Γιατί είναι απαραίτητη η Θερμομόνωση;

Με τη μείωση της ποσότητας της διαρροής θερμότητας, η ποσότητα του κρύου που μπορεί να μειωθεί.

Αυξάνει την λειτουργικότητα της μόνωσης ενός σπιτιού, ενώ ταυτόχρονα μειώνεται τα λειτουργικά κόστη.

Μπορείτε να εξοικονομήσετε έως και 60% της ενέργειας που καταναλώνεται καθημερινά.

 

Θερμομονωτικά υλικά

Η θερμική αγωγιμότητα του νερού (στους 10 ° C) είναι 0,5 kcal m-1 h-1 ° C-1 και αυτή του πάγου (στους 0 ° C) είναι 2 kcal m-1 h-1 ° C-1 φορές την αξία του νερού).

Σε σύγκριση, ο ξηρός στάσιμος αέρας είναι περίπου 0,02 kcal m-1 h-1 ° C-1.

Η απορρόφηση της υγρασίας από τα μονωτικά και θερμομονωτικά υλικά μπορεί να πραγματοποιηθεί όχι μόνο με άμεση επαφή με το νερό που διαρρέει στα τοιχώματα της τράπεζας, αλλά και με συμπύκνωση των υδρατμών στα τοιχώματα όπου το σημείο δρόσου φθάνει στην κλίση της θερμοκρασίας μέσω των τοιχωμάτων.

Ο σωστός σχεδιασμός των φραγμάτων των υδρατμών είναι επομένως εξαιρετικά σημαντικός για την προστασία της μόνωσης από την υγρασία.

Στα περισσότερα κλίματα, η μετάδοση των υδρατμών τείνει να είναι από το εξωτερικό έως το εσωτερικό των τοίχων, καθώς η εξωτερική θερμοκρασία είναι πιθανόν να είναι υψηλότερη από την εσωτερική θερμοκρασία.

Αυτό απαιτεί ένα αδιαπέραστο από την υγρασία στρώμα από την εξωτερική επένδυση της μόνωσης, καθώς και ένα αδιάβροχο φράγμα στην επένδυση για την αποφυγή εισόδου στη μόνωση.

Το φράγμα μπορεί να επιτευχθεί είτε μέσω υδατοστεγών επιφανειών προκατασκευασμένων μονωτικών πάνελ (πάνελ τύπου σάντουιτς, με μία όψη το φράγμα υδρατμών από φύλλα γαλβανισμένου χάλυβα ελαφρού διαμετρήματος και η άλλη όψη είναι το εσωτερικό φινίρισμα αλουμινίου με επικάλυψη πλαστικού ή γαλβανισμένου σιδήρου), ενισχυμένα πλαστικά υλικά, φύλλα πολυαιθυλενίου, πλαστικές μεμβράνες ελάχιστου πάχους 0,2 mm ή φύλλο αλουμινίου ελάχιστου πάχους 0,02 mm, ελασματοποιημένα με μεμβράνη ασφάλτου.

Το ελάχιστο πάχος φύλλου αλουμινίου ή γαλβανισμένου φύλλου πρέπει να είναι 0,3 mm.

 

Θερμομόνωση με πολυουρεθάνη

Μία από τις καλύτερες εμπορικά διαθέσιμες επιλογές μόνωσης είναι ο αφρός πολυουρεθάνης.

Έχει:

• Καλές θερμικές μονωτικές ιδιότητες
• Χαμηλή διαπερατότητα υδρατμών
• Υψηλή αντίσταση στην απορρόφηση νερού
• Υψηλή μηχανική αντοχή
• Χαμηλή πυκνότητα

 

Επιπλέον, είναι σχετικά εύκολο και οικονομικό να εγκατασταθεί

Ο αφρός πολυουρεθάνης ο οποίος εντάσεται στα θερμομονωτικά υλικά είναι αποτελεσματικός ως μονωτικό υλικό επειδή έχει υψηλή αναλογία (ελάχιστο 90%) μη συνδεδεμένων κλειστών μικροκυττάρων, γεμισμένες με αδρανές αέριο. Μέχρι πρόσφατα, το αδρανές αέριο που χρησιμοποιείται συχνότερα σε αφρούς πολυουρεθάνης ήταν το R-11 (τριχλωροφθορομεθάνιο).

Ωστόσο, το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ, για τις ουσίες που καταστρέφουν τη στιβάδα του όζοντος ζήτησε τη σταδιακή κατάργηση της χρήσης CFC όπως το R-11.Στην παρούσα φάση διερευνάται το παράγογο του αφρού για να αντικατασταθεί, με υδρογονάνθρακες και αδρανή αέρια όπως διοξείδιο του άνθρακα που κατατάσσονται ως υποκατάστατα.Οι κύριοι τρόποι με τους οποίους μπορούν να εφαρμοστούν και να χρησιμοποιηθούν οι αφροί πολυουρεθάνης είναι με τους άκαμπτους πίνακες ή με τις πλάκες, οι οποίες μπορούν να κατασκευαστούν σε διάφορα σχήματα και μεγέθη.