Коэффициент теплопроводности полистиролбетона

Полистиролбетон – современный строительный материал, производимый на основе цементного вяжущего и вспученного полистирольного заполнителя (полистирол вспененный гранулированный или ПВГ), относящийся к ячеистым бетонам. Этот материал имеет высокие эксплуатационные характеристики, такие как тепло- и звукоизоляция, что делает возможным использование этого материала в строительстве энергоэффективных зданий и сооружений. Полистиролбетонные блоки имеют относительно небольшой вес, что позволяет обойтись без применения грузоподъемной техники в частном домостроении. Большие, по сравнению с кирпичом, размеры ускоряют и упрощают кладку.

Характеристики материала

Одной из основных характеристик полистиролбетона, выгодно отличающей его от других строительных материалов является коэффициент сопротивления теплопередаче. Эта величина обратна коэффициенту теплопроводности. Он характеризует теплопроводящую способность материала и равен количеству тепловой энергии, прошедшему через единицу поверхности за определенное время, при изменении температуры на 1 градус. Единица измерения в системе СИ – Ватт/(метр*градус Кельвина), или Вт/(м·C). В данном случае градусы Кельвина равны градусам Цельсия.

Таблица 1. Коэффициент теплопроводности полистиролбетона

Класс прочности на сжатие измеряется в мегапаскалях, например класс прочности B2,0 показывает, что материал выдерживает нагрузку в 2 мПа. Коэффициент морозостойкости показывает количество циклов замораживания-размораживания, которое материал может выдержать, потеряв не более 5% прочности.

Благодаря тому, что гранулы ПВГ находятся в теле бетонной конструкции и не имеют контакта с воздухом, полистиролбетон относится к трудногорючим и негорючим материалам. Группа горючести Г1, допускается применение в конструкциях без дополнительной огнезащиты.

Как видно из таблицы, теплопроводность полистиролбетона зависит от плотности материала, чем выше плотность, тем выше теплопроводность. Для снижения плотности и, следовательно, улучшения изолирующих характеристик материала в раствор вводят гранулы вспененного полистирола. Однако при повышении теплоизолирующих свойств снижаются прочностные характеристики. Составы плотностью до 250 кг/м³ называются теплоизоляционными и имеют низкую прочность и применяются исключительно для звуко- и теплоизоляции, материал плотностью 250-450 кг/м³ — теплоизоляционно-конструкционный — для ненесущих и самонесущих стен, свыше 450 – для несущих стен – конструкционно-теплоизоляционный.

Важно использовать при производстве работ материал расчетной плотности.

Сравнение теплопроводности полистиролбетона с другими материалами

Благодаря включению ПВГ в структуру полистиролбетона значительно превосходит многие конструкционные строительные материалы, что позволяет значительно снизить расходы на отопление в холодное время года, либо делать стены тоньше без потери теплосопротивления. Например, стена толщиной 400 мм из наиболее распространенного в частном строительстве полистиролбетона марки D600 обладает примерно теми же теплосберегающими характеристиками, что и кирпичная стена толщиной 1,5 метра или бетон толщиной 3 метра. Нужно учитывать, что данные показатели применимы только при кладке полистиролбетонных блоков на специальный клей, позволяющий формировать тонкие швы толщиной 1-2 мм. При монтаже блоков на обычный кладочный раствор швы получаются значительно толще и образуются мостики холода.

Таблица 2. Сравнение теплопроводности полистиролбетона с другими строительными материалами.

На диаграмме видно, насколько полистиролбетон эффективнее, чем более традиционные материалы сберегает тепло. Соотношение толщины стен, необходимой для качественного теплосбережения будет таким же.

Сравнение с минватой

Теплопроводность полистиролбетонных блоков и минваты несильно отличаются друг от друга, если речь идет о материале невысокой плотности. Теплоизоляционный состав плотностью 200-300 кг/м³ по теплопроводимости ненамного уступает минеральной вате и может использоваться вместо нее при утеплении стен. Для утепления материал может применяться в виде блоков, плит, или монолитный, заливаемый в съемную или несъемную опалубку. В первом случае блоки крепят к стенам из кирпича, бетона или шлакоблока или укладывают между двумя слоями кирпича, один из которых выполняет несущую функцию, а второй, наружный – облицовочную. При использовании монолитного теплоизоляционного полистиролбетона возможны несколько вариантов. В одном из них опалубкой так же служат 2 слоя кирпича, только пенобетон не укладывается, а заливается между ними. Во втором варианте возводится каркас из оцинкованного металлического профиля, обшивается различными листовыми влагостойкими материалами, например, снаружи ЦСП, внутри – СМЛ и также заливается полистиролбетоном.

Также полистиролбетон различной плотности может использоваться в конструкции плитных фундаментов в качестве утеплителя, для производства мокрых или полусухих стяжек.

Можно ли использовать полистиролбетон в конструкциях «теплых полов»? Можно, в качестве теплоизолирующего подстилающего слоя.

Небольшой вес полистиролбетона позволяет использовать его в производстве стяжек с высокими звукоизолирующими характеристиками даже на легких перекрытиях в каркасных и деревянных зданиях. Пористая структура обеспечивает хорошую изоляцию от воздушного шума и дополнительную теплозащиту.

Теплоемкость полистиролбетонных блоков

Теплоемкость показывает, какое количество тепловой энергии потребуется для увеличения температуры материала на 1 градус. Измеряется удельная теплоемкость в кДж/кг*градус. Для полистиролбетона этот показатель равен 1,06, что сопоставимо с кирпичной кладкой. Однако следует учитывать, что эта величина зависит от плотности материала, а значит для нагрева на 1 градус кирпичной стены потребуется в 2,5 раза большее количество теплоты, чем для нагрева полистиролбетонной.

Как рассчитать толщину стены

Для расчета необходимой толщины стены нужно знать:

• теплотехнические характеристика материала, из которого будет возводиться конструкция. Если материалов несколько – всех материалов.
• Градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) Этот параметр можно взять из справочника или рассчитать по формуле ГСОП = (tв — tот)zот,

где tот, zот — средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода, tв — расчетная температура внутреннего воздуха здания, °С, по ГОСТ 30494. Для Москвы и Санкт-Петербурга ГСОП равен 6000

• Сопротивление стены теплопередаче. Это справочная величина, зависящая от ГСОП, узнать ее величину можно в СНиП 2-3-79. Для жилых домов в Москве это 3,5 (м2?°С)/Вт.

Вычисление ведется по формуле формулой R = s / ? (м2•°С/Вт), где R — сопротивление теплопередаче, s — толщина стены (м), а ? — теплопроводность. Исходя из этой формулы, получаем S= R * ?. Пример расчета толщины стены жилого дома из полистиролбетонных блоков D600 в Москве: S = 3.5*0.14=0.49 м., т.е. для того, чтобы здание соответствовало СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», необходима полистиролбетонная стена толщиной почти полметра. Из красного кирпича толщина стены должна быть S=3.5*0.56=1.96 м. Это расчеты для сухого материала, с увеличением влажности коэффициент теплопроводности также увеличивается.

Всвязи с небольшой гигроскопичностью допускается эксплуатировать сооружения из полистиролбетона без укрытия фасада.

Стены меньшей толщины позволяют не только сохранить полезную площадь внутри постройки, но и уменьшают общий вес конструкции, снижая тем самым нагрузку на фундамент. Малоэтажные дома из полистиролбетона можно возводить на мелкозаглубленных ленточных фундаментах и даже на свайно-винтовых.

Относительно небольшой вес при высоких показателях теплозащиты позволяет использовать полистиролбетон при надстройке дополнительных этажей или мансард на уже построенных зданиях.

Улучшение тепловых характеристик

Такие характеристики полистиролбетона, как теплопроводность и коэффициент теплосопротивления, можно улучшить на стадии производства раствора, увеличив количество или фракциюгранул вспененного полистирола, соответствующим образом изменив состав смеси. При самостоятельном изготовлении полистиролбетона на стройплощадке, например для монолитных работ, важно четко соблюдать дозировку. Даже незначительное изменение состава может серьезно изменить прочностные и изоляционные свойства материала.

Нельзя изменять соотношение компонентов смеси или использовать материалы с характеристиками, отличными от расчетных, например цемент ПЦ 400 вместо 500.

При увеличении влажности и намокании материала теплоизоляционные характеристик значительно ухудшаются. Стены из полистиролбетона высокой плотности можно дополнительно утеплить при помощи полистиролбетона низкой плотности или минеральной ваты.