PUR hab. Hőszigetelések anyagainak helyes megválasztása. Grafit hőszigetelés

Átírás

1 HABOK: pl. expandált PS, habüveg Hőszigetelések anyagainak helyes megválasztása Dr. Józsa Zsuzsanna BME Építőanyagok és Mérnökgeológia Tanszék HF: Karóczkai Gábor USA-ban 1940-es években, Európában 1960-s évektől használják 1935-ben a Pittsburgh Corning vezető üveg építőanyag gyártó cég szabadalmaztatta a Foamglas technológiát 1965-ben Belgium nagy belga termelőegység Magyarországon 2000-es évek elején jelent meg Testsűrűség /ρ t / kg/m 3 Hővezetési tényező /λ/ 0,035-0,05 W/mK Nyomószilárdság 0,4-1,6 N/mm 2 Hajlítószilárdság 0,45-0,55 N/mm 2 Hőtágulási együttható /α/ 9*10-6 1/K Páradiffúziós ellenállási szám /μ/ - tökéletes párazáró 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 PUR hab 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.? Rohdichte = testsűrűség! Műszaki adatok: Nyomófeszültség 80 kpa Hajlítószilárdság 125 kpa Felületre merőleges húzószilárdság 150 kpa Páradiffúziós ellenállási szám Méretállandóság normál klímán ± 0,2% 1

2 SZÁLAS ANYAGOK: pl. ásványgyapot, üveggyapot, len, fagyapot Ásványgyapot jellemzői (régi) Ásványgyapot jellemzőinek megadása ma az MSZ EN szerint Tűzveszélyesség A1 osztály Hővezetési ellenállás 2,5 m 2 K/W Hővezetési tényező 0,040 W/mK Vastagság: 100 mm MW EN 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 A Ismétlés Cellulózszigetelés Műszaki paraméterek: Hővezetési tényező: 0,037-0,41W/mK Testsűrűség: vízszintes felületen 28-40kg/m 3 függőleges felületen 38-65kg/m 3 tetősík felületen 38-65kg/m 3 Lépésállóság: zárt befújásos technológia esetén lépésálló Nedvességfelvétel: kg/m 3 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) cm magas. Számos felhasználású: étkezési célra, lenolaj előállítása (magok), hőszigetelés, textil (rostok) Kialakítás Tömítés Szigetelő tábla Lemez ρ kg/m kb. 20 λ W/mK 0,045 0,04 0,042 2

3 Len 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 Tűlevelű fenyőfélék hulladékai, amik a fafeldolgozás során keletkeznek. Építőiparban, pl. lépéshangszigetelés, tetőtér-beépítés lemezei, stb. Kialakítás Hőszigetelő lemez enyv kötésű Hőszigetelő lemez bitumen kötésű ρ kg/m λ W/mK 0,06 0,045 Farostlemez Fagyapot lemez Faforgács lemez 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 Famaradékból készül, cement, ill. magnezit kötéssel pl: építőlemezek (vakolható), hőszigetelő lemezek gyakran más anyaggal kombinálva. Kialakítás Magnezitkötésű Cementkötésű ρ kg/m λ W/mK 0,09-0,1 0,09 Fagyapot lemez Faforgács lemez Aerogél 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 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

4 Aerogél Aerogélek áttetsző vagy opaque A pórusok átmérője nm közötti. A levegő nem tud cirkulálni a pórusrendszerében, ezért kitűnő hőszigetelő anyag, ezen kívül jó elektromos szigetelő, tűzálló, víztaszító. Az 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. 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 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/m 3 Hővezetési tényező: λ=0,013 W/mK Porozitás: % Törésmutató: 1,03 (közel a gázok törésmutatójához) Kiváló elektromos szigetelő Nagy nyomószilárdság Felhasználás Hőszigetelés Transzparens hőszigetelés (átlátszóság) Molekulaszűrők, membránok pl. víztisztítás (nanopórusok) Űrhajósok ruhája (rendkívüli hőszigetelés) Katalizátorhordozó (pórusok nagy felülete) Szuperkondenzátorok (pórusok nagy felülete) Sportcsarnok Carquefou, Franciaország3360 m 2 alapterület, 1500 m 2 homlokzat Homlokzat U értéke: 0.89 W/m 2 K Megtakarítás: l tüzelőanyag, euro, kg szén-dioxid/év - hagyományos üvegezéshez képest 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! Aerogél 4

5 Energiagyűjtő falak Trombe-fal: Trombe-fal télen Nappal: Éjjel: Trombe-fal nyáron Energiagyűjtő falak Nappal: Éjjel: Transzparens hőszigetelésű fal: Transzparens hőszigetelés 1. Transzparens hőszigetelés 1 úgy működik, mint a Trombe fal 5

6 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 B télen, nappal nyáron, nappal Transzparens hőszigetelések Épületenergetikailag három változat: 1. Közvetlen hasznosítású rendszerek 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 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. Vákuumpanel? - 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. 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 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 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