Transcript Izolativnost

TOPLOTNA IN ZVOČNA
IZOLACIJA
PRIPRAVILI:
Jaka Srebot
Andrej Tavčar
Niko Štabuc
Toni Roglič
UVOD
•
izolacijske rešitve so prisotne prav povsod od avtomobilske industrije do
gradbeništva.
•
toplotne izolacije skrbijo za manjšo izgubo energije
•
zvočne izolacije skrbijo za mirnejše bivanje
•
v večini primerov se obe vrsti izolacije dopolnjujeta
•
pri izdelavi in kasnejši vgradnji moramo upoštevati stopnje vnetljivosti oziroma
ognjevarnost
UVOD
NAJBOLJ POGOSTO UPORABLJENI MATERIALI:
Ekspandirani polistiren - najbolj znan kot stiropor, je trda pena iz polistirena. Njegova
toplotna izolacija znaša kar 0,040 W/mK. Je brez vonja in zaradi zaprte celične
strukture ne prepušča vodne pare.
Ekstrudirani polistiren - toplotno izolacijsko gradivo iz polistirena, ki ima visoko tlačno
trdnost, ne vpija vode in je odporen na staranje. Njegova toplotna izolativnost je 0,024
– 0,033 W/mK. Izolacija se nanaša v debelini 20-140 mm.
Kamena volna - material iz dveh kamnin (diabaza in dolomita), ki se jih najprej raztali,
nato pa z razvlaknjevanjem mase nastane kamena volna. Stisnjena volna v plošče ima
lahko različne gostote. Njegova toplotna izolativnost znaša 0,038 W/mK.
Steklena volna - je najpogosteje uporabljen material za toplotno izolacijo. Sestavljena je
iz steklenih vlaken, stisnjenih v plošče različne gostote in trdnosti. Njena toplotna
izolativnost znaša 0,033 – 0,045 W/mK, debelina izolacije pa je nekje med 20 in 200
mm.
Celulozni kosmiči - celulozna toplotna izolacija se pridobiva iz starega časopisnega
papirja, katerega toplotna izolativnost meri 0,0333W/mK. Zmlete drobne časopisne
kosmiče se impregnira z borovo soljo. S tem postane gradivo odporno proti ognju,
škodljivcem in plesnijo.
UVOD
NAJBOLJ POGOSTO UPORABLJENI MATERIALI:
Lesna vlakna - les je naravno gradivo, ki ima zelo dobre izolacijske sposobnosti (0,040
W/mK). Tako ima 10 cm masivnega lesa iglavca enako toplotno izolativnost, kot 160 cm
debeli betonska stena.
Pluta - je lubje hrasta plutovca, ki se obrezuje vsakih 8-9 let. Je lahek in elastičen
material, ki ni občutljiv na vlago in nizke temperature, ne trohni in ne gnije. Njena slaba
lastnost je vnetljivost, a pri gorenju ne nastajajo strupeni plini.
Kokosova vlakna -vlakna, ki obdajajo kokosov oreh, so izredno obstojna, elastična, žilava
in votla. Prav zaradi teh lastnosti so kokosova vlakna odličen toplotni izolator. Toplotna
izolativnost = 0,045 W/mK.
Bombaž - izolacija iz bombaža je novejše naravno gradivo z dobrimi
toplotnoizolacijskimi lastnostmi. Njegova toplotna izolativnost je 0,040 W/mK.
Konoplja - se med drugim uporablja tudi za toplotno izolacijo. Surovina za toplotno
izolacijo iz konoplje so vlakna iz stebel konoplje. Pridelava te kulture se v EU vsako leto
povečuje (največja stopnja opojnih substanc je 0,3%).
Lan - je prastara, hitro rastoča kmetijska rastlina, ki raste tudi pri nas. Iz njegovih vlaken
nastane zelo učinkovita toplotna izolacija.
Ovčja volna - toplotna izolacija iz ovčje volne je edina živalskega izvora v tej skupini
gradiv. Proizvodnja zahteva minimalne količine energije.
ZVOČNA IZOLACIJA
•
uporablja se predvsem pri gradnji objektov.
zvok je človeku zaželena in koristna informacija, z govorom se medsebojno
sporazumevamo, z glasbo izražamo občutke in naša stanja, zvoki narave nam sporočajo
dogajanje v naši okolici.
•
hrup je zvok, ki v naravnem ali življenjskem okolju vzbuja nemir, moti človeka in
škoduje njegovemu zdravju in počutju ali škodljivo vpliva na okolje.
•
posebne vrste zvočne izolacije se uporablja v glasbenih studiih, kjer je zelo pomembno
doseganje maksimalne akustike (poudarjanje želenih zvokov in odstranjevanje ali
zmanjševanje neželenih).
•
•
prag slišnosti – 0dB
•
prag bolečine – 120dB
odločitev o načinu protihrupne zaščite je odvisna od ravni (izvora) hrupa in njegove
frekvenčne karakteristike, zato so meritve hrupa vedno potrebne. Bolje kot poznamo
karakteristike vira hrupa, boljše rezultate lahko dosežemo pri izvajanju protihrupne
zaščite.
•
ZVOČNA IZOLACIJA
Zaznavanje znižanja ravni hrupa v ušesu
Primer: raven hrupa znaša 90 dB. Zmanjšanje iz 90 dB na 85 dB (-5dB) uho zazna kot
znižanje hrupa za 34%.
TOPLOTNA IZOLACIJA
•
uporablja se predvsem pri gradnji objektov in naprav.
toplotna izolacija pozimi preprečuje prehod toplote iz objekta navzven in poleti od
zunaj navznoter. Tako ohranja zaželeno temperaturo v prostorih.
•
•
dobro načrtovanje izolacije pomembno predvsem pri ekonomiki obekta
•
pomembna paroprepustnost
Pri zagotavljanju toplotne izolacije je potrebno paziti na:
•
ekonomičnega izvajanja in optimalne učinkovitosti
•
preprečevanja toplotnih mostov
•
toplotne stabilnosti v letnem času
preprečevanja prevelike kondenzacije vodne pare v gradbenem
elementu in na notranji površini gradbenega dela stavbe
•
•
zaščite gradbenega dela stavbe pred prevelikim dilatacijskim delovanjem
•
zagotavljanja zdravega in udobnega bivanja
•
znatnih prihrankov energije za ogrevanje in/ali hlajenje
KOMBI PLOŠČE
•
so plošče, ki združujejo toplotno in zvočno izolacijo
•
pojavljati so se začele v 60. letih prejšnjega stoletja
•
najprej so se uporabljala lesna vlakna, kasneje pa stiropor in kamena volna
IVERNE PLOŠČE IZ KONOPLJEVEGA OSLEZA
•
nizka gostota (0,10 g/cm3, 0,15 g/cm3, 0,20 g/cm3, 0,25 g/cm3 in 0,30 g/cm3)
•
relativno dobre mehanske lastnosti in zadovoljive dimenzijske stabilnosti
•
toplotna izolativnost primerljiva s stekleno volno
•
visoka zvočna izolativnost
•
ne vsebujejo prostega formaldehida
•
uporabne za gradnjo montažnih hiš ter notranjo uporabo
IZDELAVA:
priprava surovine oziroma razrez jedra konopljevega osleza na palice 1200 mm in
premera 1 – 2 mm
•
•
navlaževanje palic do gostote 140 kg/m3
•
mletje palic v sekance dolžine 50 mm
•
sušenje do zračno suhega stanja
•
natres surovine na šablono 300 x 300 mm
•
stiskanje (7 – 10 min) na debelino 12 mm pri tlaku 1MPa, T 183 0C
•
kondicioniranje pri sobni temperaturi do vsebnosti vlage 5 – 7 %
IVERNE PLOŠČE IZ KONOPLJEVEGA OSLEZA
TESTIRANJE:
TRITOČKOVNI UPOGIBNI TEST
test je bil izveden na dveh vzorcih dimenzij 230 x 35 x 12 mm iz posamezne plošče.
Medosna razdalja je znašala 180 mm, hitrost upogiba pa 10mm/min.
•
TEST RAZSLOJNE TRDNOSTI
•
za test so uporabili 5 do 7 vzorcev dimenzij 50 x 50 mm
Rezultat: dobre mehanske lastnosti, premo sorazmerno povečevanje z večanjem
gostote. Boljše lastnosti pri ploščah z daljšo izpostavitvijo vroči pari.
IVERNE PLOŠČE IZ KONOPLJEVEGA OSLEZA
TESTIRANJE:
TEST DIMENZIJSKE STABILNOSTI
za test stabilnosti oz. nabreka so uporabili vzorce dimenzij 50 x 50 mm in jih izpostavili
vodi za 24 ur
Rezultat: debelinski nabrek zelo zadovoljiv. Delci v sami plošči imajo nizko kohezivno
razmerje. Manjši nabrek je posledica brizganja vroče vodne pare, katera izboljša
dimenzijsko stabilnost delcev, s tem pa tudi plošče.
S pomočjo vodne pare je moč doseči degradacijo hemiceluloze v proste sladkorje,
kateri se kasneje tvorijo v nove bolj hidrofobne polisaharide.
IVERNE PLOŠČE IZ KONOPLJEVEGA OSLEZA
TESTIRANJE:
TEST TOPLOTNE IN ZVOČNE IZOLATIVNOSTI
testirali so na vzorcih z gostotami od 0,1 g/cm3 do 0,25 g/cm3. Za primerjavo so na
enak način testirali tudi stekleno volno. Vzorci za toplotno izolativnost so znašali 50
mm x 50 mm, za absorpcijo zvoka pa premera 84 mm in sicer po standardu JIS A 1405.
Razpon frekvenc zvoka je znašal od 100 Hz do 2000 Hz.
•
Rezultat: prevodnost toplote se s povečevanjem gostote povečuje. Izolativnost je zelo
primerljiva stekleni volni in 28-krat boljša od betona, 3-krat boljša od borovine in 1,9krat boljša od iverne plošče.
Absorpcija zvoka zelo niha glede na frekvenco (zelo dobra pri visokih in slaba pri nizkih
frekvencah), gostoto (boljša pri nižji gostoti) in debelino plošče (boljša pri večji
debelini). Najbolje se je obnesla plošča z gostoto 0,15 g/cm3.
IVERNE PLOŠČE IZ DURIANOVE LUPINE IN KOKOSA
dostopnost materialov
• razmerje 10% durianove lupine in 90% kokosovih vlaken
• gostota 856 kg/m³
• dobra toplotna izolativnost
• prednost pri predelavi kmetijskih odpadkov
• zaradi lignina pomembna kemična sestava lupine in vlaken
•
IZDELAVA:
• mletje durianove lupine na delce velikosti 1 x 2 cm
• sušenje lupine in vlaken pri T 80°C, 8 ur
• ponovno mletje ter separacija
• priprava mešanic 10:90, 25:75, 75:25 in 90:10
• končno sušenje pri 103,5°C, 24h… durianova vlakna 7%, kokosova vlakna 9%
• oblepljanje z lepilno mešanico (12% UF lepila + 1% parafinskega voska)
• ročno natresanje na šablono 350 x 350 mm
• ročno predstiskanje
• stiskanje (10 min) na debelino 10 mm pri tlakih: 8, 1,5 in 1 Mpa, T 160°C
• kondicioniranje plošče za 24 ur
IVERNE PLOŠČE IZ DURIANOVE LUPINE IN KOKOSA
TESTIRANJE:
VPLIV MEŠALNEGA RAZMERJA IN GOSTOTE NA VSEBNOST VLAGE IN
ABSORPCIJO VODE
vsebnosti vlage, je obratno sorazmerna s količino kokosovih vlaken v plošči. To
pomeni da višji kot je odstotek durianove lupine višja je vlažnost (lupina ima več
hemiceluloze).
•
večji kot je bil procent kokosovih vlaken, več je bilo lignina kar kaže na to da je bila
plošča bolj odporna proti vlagi.
•
VPLIV MEŠALNEGA RAZMERJA IN GOSTOTE NA DEBELINSKI NABREKB
plošče z nižjo gostoto imajo manjši debelinski nabrek, kar je posledica manjšega
zgostitvenega faktorja in »spring back« efekta
•
večji debelinski nabrek zaradi hemi-celuloze je bilo zaznati pri ploščah, ki je bila
pripavljena iz mešanice z večjim procentom durianove lupine.
•
IVERNE PLOŠČE IZ DURIANOVE LUPINE IN KOKOSA
TESTIRANJE:
VPLIV MEŠALNEGA RAZMERJA IN GOSTOTE NA NOTRANJO POVEZANOST
VLAKEN
•
večja kot je gostota bolj so delci stisnjeni
•
več kot je kokosovih vlaken boljša je povezanost saj je delež lignina večji
VPLIV MEŠALNEGA RAZMERJA IN GOSTOTE NA STRIŽNI MODUL (MOR) in
MODUL ELASTIČNOSTI (MOE)
oba parametra se povečujeta s povečevanjem deleža kokosovih vlaken in s tem lignina
ter z višanjem gostote oz. stisnjenosti
•
VPLIV MEŠALNEGA RAZMERJA IN GOSTOTE NA TOPLOTNO PREVODNOST
•
večja kot je gostota večja je toplotna prevodnost (manj orostih prostorov)
•
večji delež kokosovih vlaken poveča toplotno prevodnost
•
prevodnost med 0,0728 in 0,1345 W/mK (izolacija sten…)
IVERNE PLOŠČE IZ DURIANOVE LUPINE IN KOKOSA
TESTIRANJE:
PRIMERJAVA IVERNE PLOŠČE IZ LUPINE DURIANA IN KOKOSOVIH VLAKEN IN
VLAKNENE PLOŠČE MDF
•
najbolj optimalna je mešanica 90% kokosovih vlaken in 10% dorianove lupine
povezanost vlaken in MOR je višja pri optimizirani iverni plošči kot pri MDF zaradi
višje vsebnosti lignina
•
•
MOE je večji pri MDF zaradi manjše vsebnosti lignina
vsebnost vlage, debelinski nabrek in absorbcija vode so manjši pri iverni plošči zaradi
visokega deleža lignina v plošči in seveda same stisnjenosti
•
TERMIČNE LASTNOSTI VEZANIH SENDVIČ PLOŠČ (PSW)
uporablja se v konstrukcijske namene
• dobra toplotna izolativnost
• prednost relativno nizka gostota 350 – 400 kg/m3
•
ZGRADBA:
• SL – vezana plošča… 2 x 10 mm
• CL – lesena vlakna z nizko gostoto… 76 mm
• debelina plošče 96 mm
TESTIRANJE:
• prehod toplote (prestop toplote + prevod toplote)
• prevod toplote l [W/mK]
• toplotna upornost… R [m2K/W]
• toplotno difuzivnost… D (a) [m2/h]
prehod toplote se je izmeril za vsako plast PSW kompozita posebej in nato še za
ploščo kot celoto. Ugotovili so da je teorija toplotne prehodnosti primerna za cel
kompozit.
•
TERMIČNE LASTNOSTI VEZANIH SENDVIČ PLOŠČ (PSW)
TERMIČNE LASTNOSTI:
vsebnost vlage v materialu lahko bistveno vpliva na toplotno prevodnost predvsem
toplotnih izolatorjev, zato standardi predpisujejo tudi kontrolo navlaževanja konstrukcij
z difuznim prehodom vodne pare
•
toplotna difuzivnost je mera za hitrost potovanja toplote po snovi, ki je podana kot
razmerje med toplotno prevodnostjo snovi (λ), produktom gostote (ρ) in specifično
toplotno kapaciteto snovi (cρ)
•
TERMIČNE LASTNOSTI VEZANIH SENDVIČ PLOŠČ (PSW)
REZULTATI:
•
rezultati so bili boljši od ostalih lesnih plošč s področja toplotne izolacije
•
rezultati so bili boljši od izolirnih plošč s področja ohranjanja toplote
rezultate toplotne prevodnosti PSW, upornosti in difuzivnosti so primerjali s
komercialno uporabljenimi lesnimi kompoziti (iverke, OSB,…), masivnim lesom, in s
komercialnimi izolatorji (steklena volna, stiropor…)
•
KAKOVOST IZOLACIJE:
•
termična izolacija: izolatorji  PSW  masivne plošče  plošče lesenih kompozitov
•
toplotna upornost: PSW  izolatorji  masiva  plošče
•
ohranjanje toplote: : PSW = plošče  masiva  izolatorji