Заявления производителей теплоизоляции - это еще не все. Как проверить, оправдает ли теплоизоляция наши ожидания в изменчивых условиях окружающей среды?

Заявленные и рассчитанные параметры теплоизоляции

Представление параметров строительных материалов, используемых для теплоизоляции, обычно сводится к коэффициенту лямбда (коэффициент теплопроводности – чем ниже, тем лучшие теплоизоляционные свойства).

Однако лямбда лямбде не равна. Существует значительная разница между объявленной лямбдой и рассчитанной лямбдой. А это может иметь решающее значение при выборе соответствующего теплоизоляционного материала для данной инвестиции. Многое зависит от условий функционирования данного объекта.

Заявленная лямбда является параметром, определенным в нормативных условиях. На практике это означает, что «теплоизоляция» материала определяется при + 10°С. Конечно, это выполняется в лабораторных условиях для свежего, сухого материала и без каких-либо напряжений.

Рассчитанная лямбда определяется в рабочих условиях, т. е. при низких и высоких температурах окружающей среды. Это диапазон температуры от -30°C до + 60°C.

Насколько эффективно будет изолировать минеральная вата при температуре +10°C и насколько при +50°C, например, на разогретом солнцем чердаке, легко вычислить. В данном примере коэффициент лямбда изменился под воздействием температуры с 0,040 Вт/мК до 0,050 Вт/мК. Другими словами, в таких условиях минеральная вата имеет на 25% меньшую эффективность теплоизоляции.

Аппроксимация значений выше + 30°C

Температура окружающей среды не является единственным фактором, который необходим для определения рассчитанного значения лямбда. Более подробно на эту тему сказано в стандарте PN-EN ISO 10456, т.е. документе, представляющем проблему общего и детального определения физических величин, описывающих некоторые свойства строительных материалов.

В этой работе указан способ преобразования (перерасчета) значений, полученных в одном наборе условий, на существенные значения в другом наборе. Чтобы выполнить расчет, необходимо знать такие факторы, как уже упомянутая температура окружающей среды, а также влажность и старение материала.

Проблема в том, что точные вычисления возможны в основном в теории. Производители теплоизоляционных материалов обычно не имеют результатов лабораторных испытаний с указанием коэффициента лямбда для разных значений влажности. Эта же проблема относится к коэффициенту пересчета с учетом старения.

Однако, если попытаться определить расчетную лямбда, можно использовать следующую формулу:

λ_obl = λ_D · F_T · F_M · F_A

λ_obl - рассчитанная лямбда
λ_D - заявленная лямбда
F_M - коэффициент преобразования с учетом влажности
F_A - коэффициент преобразования с учетом старения
F_T - коэффициент преобразования с учетом температуры*

*значение F_T рассчитывается следующим способом:

F_T = e^fT(T2-T1)

e - математическая константа, т. е. 2,72
T1 - нормативная температура для измерения коэффициента заявленной лямбда, то есть +10°C
T2 - температура во втором наборе условий (например, +50°C)
fT - коэффициент преобразования температуры в соответствии с PN-EN ISO 10456 (данные в таблицах ниже)

Это теория. Несмотря на отсутствие значимых данных о поведении материалов под воздействием влажности и истечении времени, четко видна шкала значений условий, при которых будет функционировать теплоизоляция.

График «преобразования температуры λ» показывает, что восходящий тренд преобразованного параметра λ наиболее сильно связан с волокнистыми, открытыми диффузионными материалами. Полистирол EPS, по-видимому, имеет тенденцию, подобную PIR (в незначительно меньшей степени восходящую), однако она наиболее заметна при высоких температурах, достигая опасного уровня для экструдированных полистирольных продуктов. Степень разрушения EPS при температурах, близких к + 70°C, невозможно оценить, поэтому график конверсии EPS для этих температур имеет только теоретическое значение.

Принимая во внимание расчетное изменение параметра теплоты, мы можем определить толщину теплоизоляции, которая обеспечит тот же уровень теплоизоляции U_max = 0,18 W/m²K:

1. Предположим, что средняя температура «нагретого» слоя теплоизоляции, расположенной на крыше, будет колебаться в пределах +50°С. Заявленные измерения (λ_D) проводят при + 10°C. Легко подсчитать, что повышение температуры реальной работы на крыше составит 40°С.

2. ZИз приведенных выше таблиц можно прочитать следующие табличные значения fT: полистирол EPS - 0,0032, минеральная вата - 0,0056, PIR-плиты - 0,0058.

3. Дальнейшие вычисления показывают, что: 

- коэффициент преобразования F_T при ΔT = 40°C для пенополистирола EPS = 1,1137
- коэффициент преобразования F_T при ΔT = 40°C для минеральной ваты = 1,251
- коэффициент преобразования F_T при ΔT = 40°C для PIR-плит = 1,261

Вышеприведенные расчеты показывают, что при температуре, при которой работает теплоизоляция, т. е. +50°C, т.е. на 40°C выше, чем заявленная лямбда, коэффициенты теплопроводности имеют следующие значения:

- вспененный полистирол EPS λ_EPS+ = 0,035 · 1,137 ≈ 0,040 Вт/мК
- минвата λ_MW+ = 0,040 · 1,251 ≈ 0,050 Вт/мК
- плиты λ_PIR+ = 0,023 · 1,261 ≈ 0,029 Вт/мК

 4. Толщина теплоизоляции, необходимая для достижения U_max = 0,18 Вт/м²K

- вспененный полистирол EPS λ_EPS+ = 0,222 м (222 мм), рост на 14,4%
- минвата λ_MW+ = 0,278 м (278 мм), рост на 25,2%
- плиты λ_PIR+ = 0,161 м (161 мм), рост на 25,8%

Вышеприведенные расчеты показывают, что для обеспечения летом предполагаемого уровня тепловой изоляции должен быть установлен более толстый теплоизоляционный слой с учетом температурного преобразования. Это имеет большое значение при оценке затрат на воздушное охлаждение в кондиционированных зданиях.

Аналогичные расчеты для отрицательных температур были бы полезны при определении соответствующей толщины теплоизоляции для зимних условий и влияния на оптимизацию затрат на отопление здания.