книги из ГПНТБ / Зезин В.Г. Эффективность применения в строительстве теплоизоляционных материалов
.pdfВ. Г. Зезин Л. И. Кирюшечкина
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
КОНОМИКА
гТРОИТЕЛ ЬСТВА
В. Г. ЗЕЗИН,
Л. И. КИРЮШЕЧКИНА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ
МАТЕРИАЛОВ
и
М О С К В А С Т Р О Й И З Д А Т 1974
УДК 691:699.86.003.13
Зезин В. Г, Кирюшечкина Л. И. Эффективность примене ния в строительстве теплоизоляционных материалов. М., Стройиздат, 1974, 168 с. (Экономика строительства).
В книге приведены общие сведения о теплоизоляционных материалах, применяемых в строительстве. Особое внимание уделено новым, наиболее эффективным материалам. Освеще ны вопросы современного отечественного и зарубежного опы та применения теплоизоляционных материалов в различных конструкциях здании и сооружений.
Приведены методы оценки сравнительной экономической эффективности применения теплоизоляционных материалов в конструкциях и примеры расчетов.
Определены тенденции в развитии производства тепло изоляционных материалов и сдвиги в структуре их потребле ния на перспективный период.
Книга рассчитана на работников строительства и про мышленности строительных материалов.
Табл. 56, ил. 14, список лит.: 6 назв.
© Стройиздат, 1974 . —-----------
36201 —283 |
\ |
047(01)—74 |
|
'__
-/$73/
ВАЛЕНТИН ГЕОРГИЕВИЧ ЗЕЗИН ЛАРИСА ИЛЬИНИЧНА КИРЮШЕЧКИНА
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Редактор издательства И. М. Замышляева Внешнее оформление художника А. И. Шмидта Технические редакторы Т. М. Кап, Т. В. Кузнецова Корректор JI. П. Бирюкова
Сдано |
в набор 20/ѴІІІ 1973 г. |
Подписано к печати Ы/ХІI |
1973 г. |
|||
Т-15893 |
|
Формат 84ХЮ8Ѵэ2 Д. л. |
Бумага типографская |
№ 3. |
||
Тираж |
10 000 экз. |
8,82 уел. печ. л. (уч.-нзд. 9,71 |
л.) |
Цена |
49 к. |
|
Изд. № AVI—3361 |
Зак. |
Ка 540 |
||||
Стройиздат,
103777, Москва, Кузнецкий мост, d. 9
Подольская типография Союзполнграфпрома Государственного комитета Совета Министров СССР
по делам издательств, полиграфии и книжной торговли г. Подольск, ул. Кирова, 25
В В Е Д Е Н И Е
Ежегодно увеличивающиеся объемы капитальных вложений ів развитие народного хозяйства страны пред определяют 'возрастающие требования к производству различных видов теплоизоляционных материалов, при меняемых в строительстве. Все большая потребность в теплоизоляционных материалах ' обусловливается не только ежегодным увеличением объемов ■строительномонтажных работ, но и качественным изменением струк туры конструктивных решений. Снизить вес зданий и сооружений за счет внедрения наиболее прогрессивных облегченных конструкций, облицованных алюминиевыми, стальными или асбестоцементными листами, — одна из важных задач строителей. Облегчение ограждающих конструкций зданий дает возможность сократить затраты на транспорт и монтаж конструкций и, кроме того, полу чить дополнительную экономию в затратах на смежные элементы зданий — уменьшить вес и стоимость несущих
элементов —колонн и фундаментов. Облегчение |
веса, |
как правило, дает возможность сократить сроки |
строи |
тельства. Только за пять лет (до 1976 г.) общий вес зда |
|
ний и сооружений предпола.гается облегчить на 2 млн. т за счет использования 'Эффективных ограждающих кон струкций с эффективной теплоизоляцией.
Отечественная промышленность в последние годы значительно увеличила объемы производства таких ма териалов, как алюминиевый и оцинкованный стальной лист, и других материалов, которые могут применяться в легких ограждающих конструкциях, утепленных эф фективными теплоизоляционными материалами. Высокие темпы развития химической промышленности дают воз можность обеспечить строительство эффективными теп лоизоляционными материалами на основе пластмасс.
Отечественный и зарубежный опыт строительства убедительно показывает целесообразность широкого при менения в конструкциях зданий трехслойных наружных
1* Зак. 5-10 |
3 |
утепленных стеновых панелей, вес которых ів 'отдельных случаях не превышает 9—10 кг/м2 или в 20—25 раз лег че стены из железобетона на легких заполнителях. Такие конструкции представляют большой интерес в зданиях повышенной этажности (свыше 16 этажей), при строи тельстве в труднодоступных горных районах страны, а также в районах Крайнего Севера, где особое значение приобретает сокращение транспортных затрат.
■Применение высокоэффективных теплоизоляционных материалов не только дает возможность создавать лег кие ограждающие конструкции, отвечающие современ ным требованиям архитектуры и строительства, но также во многих случаях позволяет сократить эксплуатацион ные затраты зданий путем снижения теплопотерь через наружные опраждения в зимнее время или уменьшить перегрев помещений в летнее время. Последнее обстоя тельство имеет немаловажное значение при кондицио нировании воздуха помещений в южной части Советско го Союза.
Несмотря на то что объемы производства теплоизо ляционных материалов очень возросли и улучшились их качественные показатели, общее состояние производ ства этих материалов еще не удовлетворяет в полной мере возросшим требованиям строительства. Многие прогрессивные конструкции не внедряются в практику строительства в достаточном количестве из-за отсутствия необходимых теплоизолирующих материалов и изделий.
Все построенные в 1970 ,г. здания — жилые, граждан ские, производственные—потребовали свыше 200 млн. м2 различного вида теплоизоляционных материалов для утепления ограждающих конструкций—наружных стен, покрытий и пола первого этажа. Из этого количества около 180 млн- м2, или около 90% всех утепляемых ог раждающих конструкций, это покрытия — чердачные или совмещенные утепленные кровли. Следовательно, при решении вопросов улучшения структуры теплоизо ляционных материалов по стране в целом особое внима ние должно быть уделено теплоизоляционным материа лам, утепляющим покрытия зданий.
Конструкции покрытий можно подразделить на две основные группы: под рулонную кровлю и волнистую гофрированную кровлю. Покрытия первой группы пред ставляют собой обычно несущий элемент — железобе тонную плиту (сборную или монолитную) или стальной
4
профилированный настил, утепленный сверху теплоизо ляционным слоем и покрытый рулонным ковром (перга мин и рубероид) в качестве гидроизоляционного слоя. Особенностью этих видов покрытий является малый ук лон кровли (плоские кровли), характерный для массо вого строительства зданий современной архитектуры. В настоящее время около половины покрытий такого типа утепляется малоэффективными теплоизоляционными за сыпками— керамзитовым гравием, шлаком и другими пористыми искусственными и естественными материа лами. Эти типы покрытий применяются во всех видах строительства — в промышленном, сельскохозяйствен ном, жилищно-граЖданском, а также на объектах транс порта и связи.
Покрытия второй группы (широко применяемые в сельскохозяйственных зданиях) характеризуются укло ном (не менее */б) и применяются для зданий шириной, как правило, не более 24 м с двухскатной кровлей из ас бестоцементных гофрированных листов. Волнистый ас бошифер — обычный и усиленного профиля — может за меняться волнистыми листами оцинкованной стали или алюминия. Теплоизоляционный материал в этих конст рукциях обычно укладывается под волнистую кровлю на специально поддерживающие теплоизоляцию конструк ции— железобетонные плиты или деревянные решетча тые «поддоны». В отдельных случаях для этой цели при меняются самонесущие плитные теплоизоляционные ма териалы (плиты фибролита, камышита), укладываемые непосредственно на элементы обрешетки без специаль ных поддерживающих конструкций.
В 1970 г. для утепления наружных стен и полов в первых этажах зданий потребовалось около 20 млн. м2 теплоизоляционных материалов, или около 16% объема покрытий. Эта потребность была удовлетворена за счет производство различных видов теплоизоляционных ма териалов, более 70% которых относятся к категории ма лоэффективных.
В 1972 г. вышло постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «Об организации производства и комплектной поставки легких металлических конструк ций промышленных зданий», в котором указывается на необходимость расширения производства прогрессивных строительных конструкций путем создания единого про цесса проектирования, изготовления и монтажа несущих
и ограждающих конструкций, обеспечивающих высокий технический уровень строительства.
В соответствии с этим постановлением объем строи тельства промышленных зданий с легкими металличес кими конструкциями должен быть доведен уже в 1975 г. до 12 млн. м2 общей площади, ів том числе со стеновыми металлическими панелями с эффективным утеплителем 6 млн. м2 с последующим увеличением объемов строи тельства до 25—30 млн. м2 общей площади в >год. Наме чены конкретные места строительства предприятий по производству легких металлических конструкций. В пер вую очередь такие конструкции будут использоваться в районах Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока, а также при строительстве объектов, в которых приме нение их даст наибольший экономический эффект.
В постановлении предусматривается выделение необ ходимого количества полистирольного пенопласта и фе нольных композиций.
Необходимо отметить, что в связи с осуществляемым значительным увеличением производства легких навес ных стеновых панелей на высокопроизводительных авто матизированных линиях, а также t увеличением объемов применения навесных стен в новых промышленных зда ниях к теплоизоляционным материалам для этих пане лей предъявляются повышенные требования. Только та кие теплоизоляционные материалы, свойства которых от вечают требованиям современной технологии производ ства панелей, могут быть использованы для этих целей.
Зарубежная практика производства иавеоных стено вых и кровельных панелей подтверждает высокую эко номичность применения и изготовления этих панелей, в частности с использованием фреононаполненных пено полиуретанов.
В книге использованы материалы институтов НИИЭС, ВНИИТеплоизоляция, ВНИПИТеплопроект и других научно-исследовательских и проектных институтов.
Г л а в а I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИМЕНЕНИИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В соответствии с -современной теорией тепловая энер гия тела является следствием движения в нем молекул, атомов и электронов. Передача тепла через твердое те ло, не проводящее электричество, обусловливается коле баниями атомов кристаллической решетки. В твердых те лах, проводящих электричество, передача тепла проис ходит благодаря колебанию атомов и движению свобод ных электронов. Передача тепла в газах зависит от трех факторов: кондукции, или передачи энергии от молекулы к молекуле вследствие их соударений; конвекции — пере носа тепла в результате конвективного потока газа и радиации — излучения.
Газы, как правило, хорошие теплоизоляционные мате риалы. Плотные (тяжелые) материалы являются плохи ми теплоизоляторами, а следовательно, хорошими про водниками тепла. Многие материалы, применяемые в строительстве (кирпич, дерево и др.), имеют в своей структуре поры, заполненные обычно воздухом или дру гим газом, причем чем больше пор в материале, тем выше его теплоизоляционные свойства.
Количество тепла Q, проходящее через ограждающую конструкцию, прямо пропорционально площади огражде ния F и разности температур ^Вн—tu, а также обратно пропорционально толщине ограждения б и зависит от свойств материала, т. е.
0 = 1 — |
(t |
— /), |
|
^ |
ß |
' вн |
lw> |
где X— коэффициент теплопроводности, характеризую щий эффективность материала. Показывает, какое коли чество тепла (в ккал) проходит через 1 м2 данного мате риала при толщине 1 м и разнице температур в 1°С в течение 1 ч.
7
Большая часть теплоизоляционных материалов име ет коэффициент теплопроводности, не превышающий 0,15 ккал/м-ч-град. Теплоизоляционные материалы состоят из большого количества мелких пор, заполнен ных воздухом или другим газом, и поэтому обычно их объемный вес мал.
В практике производства теплоизоляционных мате риалов пористая структура материала получается раз личными способами. Из этих способов наиболее употре бительные: газообразование при добавке специальных газообразователей, пенообразование и вспучивание ми нерального или органического сырья при нагревании за счет расширения газа (воздуха) или водяного пара в порах материала и создания волокнистой структуры.
Необходимо отметить, что в отличие от других строительных материалов себестоимость теплоизоля ционных изделий ів расчете на 1 ж3, как правило, сни жается с улучшением их теплоизоляционных свойств. Это парадоксальное явление обусловлено именно тем свойством, что теплоизоляционные качества материала обычно повышаются при снижении его объемного веса, а снижение объемного веса дает возможность уменьшить расход материала, что приводит во многих случаях к снижению себестоимости единицы объема изделия. Од ним из лучших теплоизоляционных материалов и самым экономичным является бесплатный воздух. Коэффициент теплопроводности сухого малоподвижного воздуха X
равен 0,02 ккал/м-ч-град-
Величина коэффициента теплопроводности материала зависит не только от химического состава, но также и от его объемного веса. При увеличении объемного веса теп лопроводность увеличивается. Эта зависимость в общем виде имеет следующий вид:
X — Аі -\- Вху,
где А 1 и В 1— коэффициенты, различные для различных материалов; у — объемный вес в кг/м3. В частности, для
минеральной ваты при температуре 20°С ^,=0,031+0,000075 у и при у — 100 кг/м3 А,=0,038, а при у — 150 кг/м3 А,=0,047.
Величины коэффициентов теплопроводности боль шинства теплоизоляционных материалов при увеличении
8
температуры возрастают. Зависимость выражается формулой
1 = А + В2/ср ,
где Ач и Во— коэффициенты, іпостояшные для каждого материала;
^ср — средняя температура теплоизоляции в год. Так, например, для минераловатных плит на синтетическом вяжущем при у= 1 5 0 = -т-200 кг/л«3- 1=0,039+0,00018 *ср.
В последнее время начали получать распространение теплоизоляционные материалы, в которых поры заполне ны не воздухом, а газами, имеющими еще более низкие коэффициенты теплопроводности. В частности исполь зуются многоатомные газы типа фреона. Пенополиуре тановые теплоизоляционные материалы с закрытыми порами, наполненными такими газами, имеют коэффи циент теплопроводности около 0,011—0,013, или на 70— 80% ниже, чем у неподвижного воздуха (по данным фирмы «Империал Кемикл Индастриз» — ІСІ). Получе ние таких материалов со стабильными (мало изменяю щимися во времени) качествами представляет большой экономический интерес, так как использование этих ма териалов дает возможность резко снизить толщину и вес ограждении» (1 и«2 такой теплоизоляции толщиной 1,5 см и весом всего 0,5 кг по теплоизоляционным свойствам эквивалентен 1 м2 кирпичной стены толщиной 67 см, вес которой составляет около 1 т).
Необходимо отметить, что увеличение количества воз душных пор в материале увеличивает его теплоизоля ционные свойства только в том случае, если воздух в этих порах продолжает оставаться малоподвижным я воздух одной полости не сообщается с воздухом другой, т. е. когда поры разобщены. В тех лее случаях, когда внутри материала начинает происходить конвекционное движение воздуха, его теплоизоляционные свойства рез ко снижаются и воздух из теплоизолятора превращается в проводник тепла.
Материалы с замкнутой структурой пор обладают также и другим ценным свойством— хорошо сопротив ляются увлажнению и, следовательно, не теряют своих теплоизоляционных качеств во влажной среде.
Другим основным показателем, характеризующим эффективность теплоизоляционного' материала, является.