HABOK: pl. expandált PS, habüveg
Hőszigetelések anyagainak helyes megválasztása Dr. Józsa Zsuzsanna
BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék
¾ USA-ban 1940-es években,
Európában 1960-s évektől használják ¾ 1935-ben a Pittsburgh Corning vezető üveg építőanyag gyártó cég szabadalmaztatta a Foamglas technológiát ¾ 1965-ben Belgium – nagy belga termelőegység ¾ Magyarországon 2000-es évek elején jelent meg HF: Karóczkai Gábor
100-165 kg/m3
Hővezetési tényező /λ/ Nyomószilárdság
0,035-0,05 W/mK
Hajlítószilárdság
0,45-0,55 N/mm2
0,4-1,6 N/mm2
9*10-6 1/K Hőtágulási együttható /α/ Páradiffúziós ellenállási szám ∞ - tökéletes párazáró /μ/ Olvadáspont
>1000 °C
Tűzvédelmi osztály
A1 nem éghető
Vízálló, rágcsálóbiztos, jól terhelhető, nem éghető, párazáró, alaktartó, saválló, könnyen alakítható, környezetbarát HF: Karóczkai Gábor
Grafit hőszigetelés A termék jellegzetes szürke színét az ultrafinom szemcséjű grafit adalékolásnak köszönheti, ami a sugárzásos hőátszármaztatást csökkenti a polisztirol cellákban, és így az anyag tervezési hővezetési tényezője 0,032 W/mK lesz, szemben a megszokott fehér színű homlokzatszigetelő lapok (AT-H80) 0,040 W/mK értékével.
Műszaki adatok: Nyomófeszültség Hajlítószilárdság Felületre merőleges húzószilárdság Páradiffúziós ellenállási szám Méretállandóság normál klímán
Testsűrűség /ρt/
PUR hab ? „Rohdichte” = testsűrűség!
≥ 80 kPa ≥ 125 kPa ≥ 150 kPa 20-40 ± 0,2%
1
SZÁLAS ANYAGOK: pl. ásványgyapot, üveggyapot, len, fagyapot…
Ásványgyapot jellemzői (régi)
Ásványgyapot jellemzőinek megadása ma az MSZ EN 13162 szerint
Tűzveszélyesség – A1 osztály Hővezetési ellenállás 2,5 m2K/W Hővezetési tényező 0,040 W/mK Vastagság: 100 mm
A
MW – EN 13162 – T6 – DS(T+) – CS10(70) – TR15 – PL(5)100 – MU1 – CP3 – AP0,35 – AW0,40 MW – ásványgyapot, T6 – vastagság tűrés DS(T+) – meghatározott hőmérséklethez tartozó méretállandóság CS10(70) – 10% összenyomódáshoz tartozó nyomófeszültség TR15 – sík felületre merőleges húzószilárdság PL(5)100 – pontszerű terhelés MU1 – páraáteresztés CP3 – összenyomhatóság AP0,35 – gyakorlati hangelnyelési tényező AW0,40 – súlyozott hangelnyelési tényező
Ismétlés
Cellulózszigetelés Műszaki paraméterek: Hővezetési tényező: 0,037-0,41W/mK Testsűrűség: vízszintes felületen 28-40kg/m3 függőleges felületen 38-65kg/m3 tetősík felületen 38-65kg/m3 Lépésállóság: zárt befújásos technológia esetén lépésálló Nedvességfelvétel: 15-40 kg/m3 Hőtároló képesség: 1,9KJ/kg K Kémhatás: 7,8-8,3 (enyhén lúgos) Összetétel: 81% újrafelhasznált papír 12%antipyrin-borsav (rágcsálóvédelem miatt) 7% antiseptic-borax
Len Len növény (lágyszárú gólyaorrféle) 80-100 cm magas. Számos felhasználású: étkezési célra, lenolaj előállítása (magok), hőszigetelés, textil (rostok)
Kialakítás
ρ kg/m3
λ W/mK
Tömítés
40-50
0,045
Szigetelő tábla
20-40
0,04
Lemez
kb. 20
0,042
2
Len
Farostlemez
Teljes élettartam jellemzői Alapanyag: megújuló Előállítás: aratás (géppel), harmatáztatás (6-8-hét), préselés, magok elválasztása, rostok elválasztása (törés, tilolás), tisztítás, kóc → tömítőanyag, további feldolgozás Használata nem káros Élettartam feltehetően magas (szövet) Újrafelhasználható ill. komposztálható Szállítás költséges és energiaigényes
Farostlemez Teljes élettartam jellemzői Alapanyag: megújuló Előállítás: aprítás, forró gőzős kezelés, szálakra bontás, rögzítő anyag hozzáadása (bitumen, Na-hidroxid, Parafin v. fehérenyv), nedvesítés, préselés, szárítás, vágás Használata nem káros (ha nem bitumenes) Élettartam száraz helyen magas Újrafelhasználható ill. komposztálható (ha nem bitumenes) Helyben rendelkezésre áll
Fagyapot lemez Faforgács lemez Teljes élettartam jellemzői Alapanyag: részben megújuló Előállítás: famaradék legyalulása/aprítása, ásványosítás, (alumíniumszulfát/ magnéziumszulfát/ kalciumklorid) nedvesítés, kötés magnezittel (49% fa), vagy cementtel (35% fa), formába préselés, kizsaluzás (2 nap után), szárítás, szélezés Káros hatások nem ismertek Használható felújításoknál vakolat alá, vagy bennmaradó zsaluzatként, zajárnyékoló falként stb. Elméletileg újrafelhasználható Szállítás gyárból az építkezésre
Tűlevelű fenyőfélék hulladékai, amik a fafeldolgozás során keletkeznek. Építőiparban, pl. lépéshangszigetelés, tetőtér-beépítés lemezei, stb. Kialakítás
ρ kg/m3
λ W/mK
Hőszigetelő lemez enyv kötésű
250-270
0,06
170
0,045
Hőszigetelő lemez bitumen kötésű
Fagyapot lemez Faforgács lemez Famaradékból készül, cement, ill. magnezit kötéssel pl: építőlemezek (vakolható), hőszigetelő lemezek gyakran más anyaggal kombinálva. ρ kg/m3
λ W/mK
Magnezitkötésű
300
0,09-0,1
Cementkötésű
330
0,09
Kialakítás
Aerogél
Rövid történet 1931-ben Samuel Stephens Kistler állított elő aerogélt, miután fogadott Charles Learneddel, hogy képes a zselében a folyadékot gázzal kicserélni, anélkül, hogy a zselé összeroskadna. A szuperkritikus szárításnak nevezett eljárással nagy nyomáson és hőmérsékleten vízüvegből állított elő szilika aerogélt. A porózus anyagot, amelyet így kapott, Kistler nevezte el aerogélnek.
3
Aerogél
áttetsző vagy opaque
A pórusok átmérője 1-100 nm közötti. A levegő nem tud cirkulálni a pórusrendszerében, ezért kitűnő hőszigetelő anyag, ezen kívül jó elektromos szigetelő, tűzálló, víztaszító. Az 5-100 nm közötti részecskéken a látható fény rövidebb hullámhosszúságú sugarai áthaladása során Rayleigh-szórás jön létre (ez ugyanaz a jelenség, amitől az eget kéknek látjuk), ami miatt az átlátszó anyag sötét háttér előtt kéknek, világos háttér előtt sárgának látszik, ezért is nevezik megfagyott füstnek. Több mint 90%-át levegő alkotja, ettől olyan kicsi a testsűrűsége. A leggyakrabban alkalmazott fajta a szilika aerogél, mely – a kvarcüveghez hasonlóan – szilícium és oxigén atomokból áll.
Aerogélek Az eddig ismert legkisebb testsűrűségű anyag Rendkívül jó hőszigetelő anyag, a kis érintkezési felület miatt és a nanopórusok kicsi üregei miatt, amely megakadályozza levegő cirkulációját Kis testsűrűsége ellenére strukturálisan rendkívül erős, saját súlyának kétezerszeresét is képes megtartani Összeállította: AMBERGER CINNIA ‐ AEROGÉLEK
Előállítás
Tulajdonságok (szilika aerogél)
Ma már számos különböző anyagból készíthető Fajtái: szilika aerogél, szén aerogél Gélből származik, a folyékony komponenst gáznemű anyaggal cserélve ki Normális légköri nyomáson a gáz eltávozik, nanopórusokat (1-100 nm) hagyva maga mögött
Testsűrűség: ρ =1,9 kg/m3 Hővezetési tényező: λ=0,013 W/mK Porozitás: 95-99 % Törésmutató: 1,03 (közel a gázok törésmutatójához) Kiváló elektromos szigetelő Nagy nyomószilárdság
Összeállította: AMBERGER CINNIA ‐ AEROGÉLEK
Összeállította: AMBERGER CINNIA ‐ AEROGÉLEK
Dedmon Atlétikai Központ, Radford, VA Régi tetőszerkezet cseréje: 2 réteg PTFE réteg között aerogél szigetelés - az összesen 5 cm vastag szerkezet hőszigetelő képessége a korábbinak háromszorosa!
Felhasználás Hőszigetelés Transzparens hőszigetelés (átlátszóság) Molekulaszűrők, membránok pl. víztisztítás (nanopórusok) Űrhajósok ruhája (rendkívüli hőszigetelés) Katalizátorhordozó (pórusok nagy felülete) Szuperkondenzátorok (pórusok nagy felülete) Összeállította: AMBERGER CINNIA ‐ AEROGÉLEK
Sportcsarnok Carquefou, Franciaország3360 m2 alapterület, 1500 m2 homlokzat Homlokzat U értéke: 0.89 W/m2K Megtakarítás: 55440 l tüzelőanyag, 38800 euro, 151000 kg szén-dioxid/év - hagyományos üvegezéshez képest
Aerogél
4
Energiagyűjtő falak Trombe-fal:
Nappal:
Trombe-fal nyáron Nappal:
Trombe-fal télen
Éjjel:
Transzparens hőszigetelés 1.
Éjjel:
Energiagyűjtő falak Transzparens hőszigetelésű fal:
Transzparens hőszigetelés 1
úgy működik, mint a Trombe fal
5
Transzparens hőszigetelés 2.
Transzparens hőszigetelés 2 Télen nappal:
Nyáron nappal:
Honeycomb Transparent Insulation with Improved Insulating Ability Douglas I. Milburn U.S. Patent No.: US 6,699,559 B1 2004.03.02
Transzparens hőszigetelések
Vákuumpanel?
Épületenergetikailag három változat:
1. Közvetlen hasznosítású rendszerek télen, nappal
A hőszigetelő anyagot üvegtáblák, üvegpallók közé beépítve áttetsző felületek építhetők, melyeken a látható fény, illetve a sugárzás is bejut a belső térbe, mely a felületeken elnyelődve hőként sugárzik vissza,felmelegítve a tér levegőjét.
2. Szolár-falak A szolár-falaknál a transzparens hőszigetelésen átjutó sugárzás a hátfal felületének bevonatán nyelődik el. A keletkező hőáram a hőszigetelés miatt kifelé nem, csak befelé tud mozogni, s a fal belső felületén átadódik a tér levegőjének.
3. Hőtechnikailag elválasztott rendszerek nyáron, nappal
Ezekben a rendszerekben a napsugárzás a belső tértől elszigetelt hőnyelő felületen alakul hővé. A hő csatornarendszeren keresztül a belső térbe, vagy hőtárolóba jut. A hő szállítása gépészeti rendszerekkel történik, ezért jól szabályozható, egész épületre hasznosítható. Ez az úgynevezett hibrid szoláris rendszer.
- mögöttes fallal párhuzamos síkokból áll - hátfalra merőleges, sejtszerű vagy kapilláris - durva pórusú (kamrás szerkezetű) - finom pórusú (kvázi-homogén).
Fázisváltó anyagok az építésben A működés lényege, hogy a külső környezetben végbemenő hőmérséklet változás hatására a szerkezetben lévő speciális anyag a megfelelő hőmérséklet elérésekor halmazállapotot vált, de mielőtt a halmazállapot változás bekövetkezne, jelentős energiát ad le vagy vesz fel. Ezzel késlelteti a felmelegedést, vagy lehűlést az adott helyiségben. Mondhatjuk, hogy a fázisváltó anyaggal bíró fal, vagy födém hőakkumulátorként és hőcserélőként egyszerre működik: egyrészt hőcsillapítást végez és késleltetési időt biztosít a falszerkezetnek, amely így egy falazott falszerkezet hőtároló tulajdonságaival bír, és akár elraktározza a hőenergiát. A rendszer kiválóan alkalmazható a nagy napi hőingadozás kivédésére
Szerves-szerves, szerves-szervetlen, szervetlen-szervetlen összetételben létezik. Szerves PCM-ek (phase-change-materials) Paraffinok (CnH2n+2) és zsírsavak (CH3(CH2)2nCOOH) előnyök kompatibilis a megszokott építőanyagokkal kémiailag stabil biztonságos, nem lép könnyen reakcióba újrahasznosítható hátrányok hő elraktározására kevéssé alkalmas (nem építésbeni szempont) gyúlékony (emiatt tarolása is veszélyes, és nem ajánlott lakó-, vagy más állandó tartózkodásra alkalmas épületeknél) hogy megbízható legyen a fázisváltás hőmérséklete, gondos tervezést, keverést igényel, ami egy drága technológia
Szervetlen PCM
A grafikon egy PCM-es álmennyezet beépítése után készült, egy felújított irodában, ahol a meglévő álmennyezetet cserélték fázisváltó anyagot tartalmazóra. Jól látszik az új szerkezet csillapító hatása
A vegyi úton előállított PCM a legkülönfélébb építőanyagokba integrálva előfordul: PCM-gipszkartonlapok, PCM-pórusbetontégla, PCM-vakolatok, stb. sóhidrátok (MnH2O) előnyök nagy hőtároló képesség olcsó, könnyen előállítható határozott olvadáspont nem éghető hátrányok só bázisú PCM-nél meg kell akadályozni, hogy vízzel érintkezzenek
6
