Материал для утепления: Основные виды утеплителей для дома и дачи, места их применения

Содержание

Материал для утепления стен внутри: выбираем лучший

Гусевский Андрей Анатольевич

Монтаж плит утеплителя на заранее подготовленные стены

Все выпускаемые современными производителями отделочные и строительные материалы, направлены на экономию. Многих может удивить эта заключение, особенно если вспомнить о цене на них.

Попробуем объяснить свою точку зрения: тема нашей статьи – материал для утепления стен внутри дома, а они призваны экономить тепло в помещении. От качества утеплителя, напрямую зависит теплопотеря, и о том, как правильно его выбрать, мы и поговорим сегодня.

Содержание статьи

Чего мы ждём от утеплителя
Мягкие утеплители на основе ваты
- Базальтовая вата
Твёрдые утеплители на основе стирола
- Пеноплекс
Пенополиуретан

Чего мы ждём от утеплителя

Стена с металлической обрешёткой, утеплённая листами минеральной ваты

Теплопроводность стен из разных материалов может значительно отличаться, именно поэтому так важно правильно выбрать утеплитель (см. Рассмотрим подробно какой утеплитель лучше для стен), к примеру, стены из легкого теплого материала, не нуждаются в радикальном подходе, в отличие от дерева, которое имеет обыкновение промерзать зимой.

Особенно важен фактор выбора для владельцев старых построек, дома, которые со временем теряют свои энергосберегающие свойства, тоже можно переделать так, что он будет как новый. Так как же правильно выбрать утеплитель?

В первую очередь, необходимо понимать, какие основные критерии должны присутствовать в его качественных характеристиках:

Уровень теплоизоляции. Выбор утеплителя это не та ситуация, к которой применима поговорка про то, что кашу маслом не испортишь. Если ваши стены построены из толстого керамического кирпича, то использование сильных утеплителей не имеет смысла, вы просто потратите на них лишние деньги, а энергосбережение останется на прежнем уровне.

Паропропускаемость. Фактор особенно важный для деревянных домов, или для старых построек. Дело в том, что именно на них чаще всего скапливается конденсат, который со временем может перерасти в грибок или плесень. У утеплителя в данной ситуации должна быть высокая степень пропускания пара.

Крепление войлочного мягкого утеплителя. Лучший материал для лёгких перегородок

Безопасность. Так как мы говорим про материалы для утепления стен изнутри дома, очень важно, чтобы они были полностью безопасны. Это касается как пожарной безопасности, утеплитель не должен поддерживать горения, так и об экологической чистоте, нельзя, чтобы в состав утеплителя входили вредные химические соединения, которые способны нанести вред здоровью человека.

Теплоёмкость. Зачастую, качество утеплителя напрямую зависит от его толщины, и это очень плохо, внутри дома, важен каждый сантиметр, и при использовании таких материалов, можно потерять до 15 сантиметров с каждой стены, а при учёте всех четырёх стен, потери в площади становятся очень ощутимыми.

Это основные критерии выбора, а в дополнение можно отнести и простоту монтажа, особенно если ремонт производится своими руками, и у вас нет огромного набора инструментов. Забегая чуть вперёд, отметим, что далеко не все утеплители у вас получится установить самостоятельно.

Важно! Самое главное при выборе утеплителя – это точный расчёт теплоёмкости, именно от него будет зависеть конечный результат, а в некоторых случаях, такая калькуляция и помогает существенно сэкономить затраты на материалы, что тоже немаловажно.

Итак, с основными критериями мы разобрались, но какой же материал имеет их все? В той или иной степени любой, но в разных долях, поэтому далее мы более подробно рассмотрим основные и самые популярные виды утеплителей, которые можно использовать внутри дома.

Мягкие утеплители на основе ваты

Допустимая степень сжатия минеральной ваты. Размер уменьшается почти в два раза, при этом сохраняются все изоляционные качества

Кто из нас не помнит пресловутую стекловату, после прикосновения к которой, можно было получить серьёзный ожёг. Современная вата уже не та, и на ней можно даже спать, не получив никаких неприятных ощущений. всё что было нужно производителям, это исключить из её состава молотое стекло, и получился один из самых популярных на сегодняшний день материалов для утепления стен.

К основным преимуществам этого материала, можно отнести два фактора:

Лёгкий вес. Вата не создаёт никакой нагрузки на стены и перегородки, и это особенно важно для домов, построенных из лёгких материалов, или на слабом фундаменте, где важен каждый килограмм.
Простота укладки. В ряде случаев, вату вообще ненужно крепить к основанию, она просто фиксируется между направляющими обрешётки.

Интересен тот факт, что второй пункт часто становится и недостатком, так как при постоянном контакте с влагой, вата набирает её в себя и становясь тяжелее просто сваливается в комки. Нечто похожее происходит с дешёвыми синтипоновыми куртками, которые после стирки сваливают весь утеплитель в основание.

Если ваши стены не имеют контакта с водой, то об этом можно не переживать, но в некоторых помещениях в доме, такого контакта просто не избежать, поэтому желательно произвести дополнительное крепление материала к стене при помощи клея или специальных пластиковых дюбелей с широкими шляпками.

Важно! Выбирайте минеральную вату только надёжных и проверенных производителей, так как некоторые недобросовестные «фирмачи» для удешевления производства используют в нём формальдегид, который накапливаясь, может нанести существенный вред здоровью. Цена такой опасной ваты может быть ниже, но стоит ли оно потраченного здоровья? Наверняка, ответ на этот вопрос однозначен.

Базальтовая вата

На фото, далеко не полный ассортимент утеплителей, изготовленных на основе базальтовой ваты

Многие задаются вопросом, каким материалом утеплить стены бани, так вот, лучше всего для этих целей подходит именно базальтовая вата. В отличие от ваты минеральной (см. Как выполняется утепление стен снаружи минватой), в её состав входит натуральный вулканический базальт, который помимо теплопроводящих качеств, имеет самую высокую устойчивость к температуре.

Такой ватой можно утеплять не только стены, но и печь, и даже дымоход. Она совершенно не восприимчива к высокой температуре и открытому пламени, причём при нагревании не выделяет вредных веществ, что так же немаловажно для бани и сауны.

Стоит базальтовая вата дороже минеральной, но и качественные характеристики у неё значительно выше, поэтому, если ваш бюджет на ремонт может её себе позволить, то выбор даже не встаёт. Зачастую, её качества могут показаться излишними, но стоит отметить, что базальт гораздо более устойчив к контактам с водой, и помимо того, что он самостоятельно не поддерживает горения, в случае пожара, он даже может помешать распространению огня по стенам и перегородкам.

Как видно, рулонный материал для утепления стен – очень удобный и практичный, но не стоит на нём останавливаться, не оценив всех преимуществ других утеплителей, речь о которых пойдёт далее.

Твёрдые утеплители на основе стирола

Нанесение специального монтажного клея на плиту пенопласта

Многих отпугивает слово стирол, от него прямо веет химическими формулами и вредным производством. Но это расхожее заблуждение, пришедшее к нам из далёкого прошлого.

Все мы помним пенопласт (см. Как выполняется утепление стен пенопластом своими руками), который раньше использовался для транспортировки хрупких предметов. Сегодня он применяется и в качестве утеплителя, причём очень хорошего утеплителя, который прекрасно удерживает тепло, и при этом не деформируется со временем.

Бытует мнение, что пенопласт вреден для здоровья, и это тоже заблуждение, в его производстве используются химические реагенты, но они совершенно безопасны. Отметить хотя бы тот факт, что в стенах утеплённых этим материалом, очень часто заводятся грызуны, которые, как известно, очень разборчивы в выборы строительных материалов для своих жилищ.

Пенопластовые плиты различной толщины

Наличие грызунов, безусловно, можно отнести к недостаткам этого утеплителя, но от них очень легко избавиться ещё на этапе строительства или отделки стены, достаточно просто обработать поверхность специальными жидкостями, и мыши будут обходить ваш дом стороной.

Так же, считается, что пенопласт опасный материал, так как он легко воспламеняется, и при горении выделяет вредные едкие вещества, которые в случае опасности могут стать существенной преградой для эвакуации.

Но тут следует отметить, что актуально это только для дешёвых материалов, а качественный пенопласт имеет в своём составе специальные антипирены, которые делают его невосприимчивым к высоким температурам. И даже при наличии открытого пламени, он просто теряет свою форму, но не воспламеняется.

Пеноплекс

Плиты пеноплекса, имеющие характерный для материала оранжевый цвет

Одна из современных разновидностей стироловых утеплителей, отличающаяся от пенопласта более высокой плотностью и способностью сохранять форму при самых интенсивных нагрузках. Выбирая, какой использовать материал для утепления кирпичной стены, лучше всего отдать предпочтение именно этому материалу, так как при одних и тех же показателях теплопроводимости с пенопластом, он будет значительно тоньше, но при этом прочнее.

Достигается такой эффект за счёт глубоко прессования на производстве, в результате которого, на один кубический метр затрачивается значительно больше сырья. Результатом этого становится плотность, и возможность сохранять тепло даже при сильных заморозках снаружи.

Твёрдость и устойчивость пеноплекса к нагрузкам и механическим воздействиям, позволяют использовать его не только в качестве утеплителя для стен, но так же он применяется и в под кровельном пространстве, и даже для герметизации полов.

Крепление пеноплексовых плит на самый холодный участок стены, расположенный под окном

Более того, в ряде случаев, пеноплекс используют как подложку под дорожное покрытие, в тех ситуациях, когда нужно избавиться от постоянно образующейся наледи на поверхности.

С креплением этого утеплителя тоже недолжно возникнуть проблем, так как фиксируется он на клей или на те же дюбеля, что и минеральная вата. А помимо этого, каждая панель пеноплекса оснащена пазами и гребнями, которые улучшают сцепление сегментов между собой и устраняют мостики холода на месте стыков.

Совет! Не смотря на то, что плиты плотно соединены между собой, не будет лишним пройтись все стыки пеноизолом, для более надёжного утепления.

Пенополиуретан

Утепление чердачного перекрытия жидким пеноизолом

Более привычное название этого по-настоящему уникального утеплителя – пеноизол, и большинство из нас привыкли воспринимать его как изолятор щелей, который используют при установке дверей или окон. Такая пена продаётся в баллонах, и если представить, сколько их понадобится для покрытия целой стены, можно ужаснуться от конечной стоимости. Но с пенополиуретаном для утепления дела обстоят несколько иначе.

В данном случае, он выпускается в виде двух отдельных веществ, которые при смешении и образуют ту самую пену. Для распыления, используется специальное дорогостоящее оборудование, поэтому произвести самостоятельное утепление у вас не получится. Конечно, можно купить пульверизатор для пены, но вряд ли это будет рентабельно.

Для того, чтобы лучше понять весь процесс, предлагаем посмотреть видео в этой статье. Это не инструкция к работе, а скорее просто ролик, который поможет понять, что без наличия опыта и определённых знаний, за это дело лучше не браться, а доверить его специалистам, знакомым со всеми тонкостями.

Если вы ищите на утепление стен негорючие материалы, то пена это именно то, что вам нужно. При контакте с открытым пламенем она просто теряет свою форму, но при этом е поддерживает горения, и не испускает вредоносные токсины.

Интересен тот факт, что пеноизол может использоваться не только как материал для утепления стен изнутри, но и снаружи дома. Более того, существует технология нагнетания утеплителя в уже построенные стены, в которых есть пустоты. На фундамент это практически не оказывает нагрузки, а стены становятся не только теплее, но и прочнее, так как пена надёжно скрепляет перегородки и делает из них настоящий монолит.

Удаление излишков пены, которые неизбежно образуются после нанесения пенополиуретана

Делая вывод из всего выше сказанного, можно отметить, что пенополиуретан является одним из самых качественных и надёжных утеплителей, обладающий уникальными качествами, которых нет больше ни у кого:

Лёгкий вес. Можно безбоязненно использовать для утепления деревянных и гипсокартонных перегородок.
Безопасность. После застывания пена не выделяет вредных веществ.
Надёжность. Отсутствие стыков полностью исключает образование мостиков холода.

Долговечность. Пене не страшны перепады температуры и повышенная влажность.

Из недостатков же этого материала можно выделить относительно высокую стоимость, и невозможность самостоятельного нанесения, но учитывая положительные аспекты, на эти нюансы можно уже не обращать внимание. Итак, мы рассказали вам про лучшие материалы утепляющие стены, а какой из них выбрать, уже решать вам, самое главное, это чётко следовать правилам и рекомендациям по выбору, а так же детально произвести расчёт теплоёмкости стен и утеплителя.

Современные материалы для утепления фасада

Главная

Материалы, утеплители

Современные материалы для утепления фасада

У стен наибольшая площадь, без их утепления нечего и думать о теплом доме. Утеплить стены не сложно, тем более что, современные утеплители теперь доступны. Зачастую, с целью экономии, оформление фасада и его теплоизоляцию делают самостоятельно.

Утеплительные материалы

Фасад оформляется наилучшим образом – это лицевая часть здания. Но под внешней отделкой должен находиться слой утепления, который и препятствует бегству тепла изнутри дома.

Способы монтажа утеплительных материалов на стены разные. По этому фактору различают следующее:

Мокрый фасад.
На стену наклеиваются плиты из пенополистирола, минеральной ваты, затем штукатурятся легкими паропрозрачными штукатурками.
Вентилируемый фасад.
Утеплительный слой из ватных материалов обычно прижимается к стене механически, или наклеивается на нее, затем оборудуется вентиляционный зазор под оформлением фасада панелями на обрешетке.
Напыляемые.
Пенополиуретан и некоторые другие пластмассы напыляются на стены, защищаются снаружи обычно отделочными панелями на обрешетке.

Обмазочные.
Теплоизолирующая штукатурка может наносится на фасад толстым слоем, который и создает дополнительное утепление. Затем слой штукатурится снаружи.
Конструкционно-утеплительные.
Сам материал, из которого возводятся стены является и утеплителем, достаточным, чтобы стена отвечала нормативам по теплосбережению. При этом стена остается однослойной.

Пенополистиролы

Продукт современных технологий – пенополистирол (который чаще называют пенопластом) обычно наклеивается на фасадную часть дома, затем покрывается защитным слоем штукатурки. С эстетической точки зрения важно, что наружная штукатурно-покрасочная отделка не выдает присутствие утеплителя под ним.

Это наиболее дешевый утеплитель, применяемый по недорогой технологии. Но срок службы небольшой, а замена утеплительного слоя невозможна без полной переделки оформления стены.

Минеральные ваты

Каменные волокна переплетаются густой сетью и удерживают воздух. Плиты теплоизолятора могут наклеиваться также, как и пенопласт, и штукатурится сверху самыми проницаемыми для пара тонкими составами. Но в основном для фасада применяются менее плотная минвата, которая располагается под отделкой из навесных панелей. При этом вентилируется постоянно, что и предотвращает накопление в ней воды в холодное время, когда точка росы смещается в утеплитель.

Отличительная особенность – несложная замена утеплителя, так как при сборке фасада не использовалось приклеивания. А это важно, ведь описываемые материалы не столь долговечные как бетонные или кирпичные стены.

Пенополиуретан

Современный утеплитель пенополиуретан производится из сложных компонентов прямо перед нанесением. Напыляется под давлением на стену, где в результате реакций образуется пенистое вещество, которое затвердевая расширяется. Но образуемая поверхность крайне неровная, мало подходит под завершающее оформление фасада, поэтому материал чаще скрывают за навесными панелями.

При больших объемах работ пенополиуретан становится выгодным, так как его нанесение не трудоемко, выполняется быстро. Чаще же применяется в каркасных домах, в панелях.

Теплые штукатурки и утепляющие краски

Теплые штукатурки не могут выполнять роль самостоятельного утеплителя, так как их коэффициент теплоизоляции большой (в 2 – 3 раза больше от эффективных теплоизоляторов), а цена также большая. Но они могут выполнить роль выравнивающего и дополнительного слоя. Особенно — совместно с крупноформатными теплыми блоками, которым зачастую немного недостает теплосберегающих свойств до нормативных значений. Подробнее…

Краски же, которыми можно утеплить фасад, являются инструментом обмана.

Теплосберегающие крупногабаритные блоки

Газобетон, керамзитобетон,…. поризованная керамика – материалы из которых можно построить стену в один слой (без слоя утепления) и она в умеренном климате, при достаточной толщине, будет удовлетворять требованиям по теплосбережению. Но в холодных регионах теплосберегающих свойств окажется уже явно недостаточно, для толщины до 0,5 метра, поэтому материал все равно нужно утеплять.

Преимущества однослойной стены – простота, долговечность, безаварийность, дешевизна, — привлекают пользователей. Фасад же из таких материалов достаточно оштукатурить любой тонкослойной штукатурной, или предварительно еще и утепляющим слоем.

Какие материалы применяют для фасада чаще…

Выбор теплоизоляции в первую очередь обуславливается материалом самих стен. Далее приведены соответствия, — какие современные утеплители чаще применяются на тех или иных стенах.

Кирпич, бетон.
Стены из таких материалов утепляются в основном пароизоляционным пенопластом. Сказывается дешевизна материала, и наличие мастеров, готовых это сделать недорого. Пенополиуретоном, минеральной ватой – реже, несмотря на их преимущества в долговечности, технологичности.
Газобетон, поризованные керамические блоки.
Необходимо применение паропрозрачных утеплителей, чтобы не создавать угрозы увлажнения гигроскопичных стеновых материалов. В основном используется минеральная вата, а отделка – панелями. Но в достаточно теплом климате такие стены не утепляются вовсе, при толщине 44 – 50 см.
Дерево.
Деревянные стены в основном утепляют минеральными ватами, с мерами по недопущению проникновения материала вовнутрь через щели. В последнее время современная целлюлозная вата вытесняет минвату, как создающая менее опасный для здоровья и сплошной слой утепления.
Каркасное строительство.
Панели зачастую утепляются пенополиуретаном, который к тому же придает им прочности. Но возможно применение и любого другого утеплителя, — у дешевизны нет преград по выбору…

Предыдущая запись

Следующая запись

Какой материал для утепления фасада лучше: Обзор материалов

Доброго времени суток уважаемые читатели сайта «Секреты мастера»!
В данной статье будет не большой обзор самых популярных теплоизоляционных материалов на сегодняшний день, которые используется в строительстве.
Я думаю, что чем ближе к зиме, тем вопрос выбора будет интересовать людей всё больше и больше.
Среди большого разнообразия материалов для утепления нелегко выбрать лучший. Каждый из них наделён определенными свойствами и преимуществами, которые стоит знать, чтобы подобрать оптимальный вариант.

Содержание:

Минеральная вата
Стекловата
Пенопласт
Жидкие теплоизоляторы
Готовые системы утепления
Заключение

Минеральная вата

Одним из наиболее популярных материалов, обладающим отличным набором характеристик выступает минеральная вата. На фасад монтируется каркас, внутрь которого прокладывается вата. На каркас набивается любая обшивка (сайдинг, вагонка, фасадные панели и т.д.).

Из достоинств минеральной ваты можно выделить:

Высокий уровень теплоизоляции.
Этот материал имеет особую структуру – плотно переплетённые волокна, между которыми образуются воздушные прослойки.
Паропроницаемость.
Вата позволяет дому «дышать», формируя внутри комфортный микроклимат. Конденсат на стенах дома не накапливается и не оказывает пагубного воздействия.
Хорошая звукоизоляция.
Посторонний шум внутри не слышен.
Пожаробезопасность.
Материал плавится от воздействия огня, но не горит. При этом может выделять опасные вещества.
Обратите внимание, что это является, чуть ли не единственным недостатком.
Простота монтажа.
Минеральная вата податлива, её легко крепить к любой поверхности, даже к вертикальной или наклонной. Материал можно приминать, чтобы толщина соответствовала размерам каркаса.

Стекловата

Стекловата также состоит из волокон, но содержит и мелкие частицы стекла (отходы стекольной промышленности). Из-за этого считается небезопасным материалом, требует использования защитных средств, которые предотвратят попадания в дыхательные пути и на кожу.

Важно!
При работе необходимо одевать: защитные очки, перчатки и респиратор.

Из преимуществ стекловаты можно отметить следующее:

Морозо и термоустойчивость.
Устойчивость к агрессивным средам.
Выступает защитой от проникновения грызунов.
Поэтому широко применяется в частном секторе.
Легкость выполнения работ, в т.ч. в труднодоступных местах.
Низкая стоимость.

data-ad-client=»ca-pub-3518738935631683″
data-ad-slot=»6877683473″>

Пенопласт

Пенопласт отличается плотной структурой и лёгким весом.
Также он не колючий, как стекловата. Это упрощает работу с материалом и облегчает его транспортировку на объект.

Основные преимущества пенопласта:

Хороший уровень теплоизоляции.
По показателям пенопласт незначительно уступает только минеральной вате.
Влагонепроницаемость.
Материал не поглощает и отталкивает влагу.
Долговечность.
Пенопласт не гниёт, не меняет структуру, не разрушается от воздействия химических средств.
Большое разнообразие вариантов отделки.
Кроме установки в каркас, пенопласт можно крепить «мокрым способом» при помощи специальной клеящей смеси, например, Ceresit CT 8.
Поверхность материала необходимо обработать грунтом, поштукатурить и покрасить.
Простота монтажа.
Пенопласт реализуется листами большого размера, за счёт чего утепление фасада любой площади происходит довольно быстро. При этом выравниваются небольшие погрешности стен.
Невысокая стоимость.
По цене уступает только стекловате.

Читайте также: Утепление фасадов пенопластом — www.caparol-capatect.ru

Жидкие теплоизоляторы

К ним относится пенополиуретан.
Этот материал на поверхность наносят напылением. Жидкая субстанция при застывании образует вещество, по структуре схожее с пенопластом.

Я когда-то работал на винзаводе в Крыму, где стояли огромные эмалированные ёмкости с вином. Так вот, ёмкости, которые находились на улице и были покрыты именно пенополиуретаном.

Из основных достоинств выделяют:

Высокая степень теплоизоляции.
Дает возможность полноценно утеплить фасад, так как веществом заполняются все щели.
Обратите внимание, что этот метод не зря называют бесшовным утеплением.
Влагонепроницаемость.
Пенополиуретан не впитывает влагу и не подвержен воздействию конденсата.
Материал не опасен для человека.
Как утверждают эксперты — он не содержит асбеста, фреона, формальдегида и других различных вредных для здоровья и окружающей среды химических продуктов.
Но, соблюдать меры безопасности всё же следует во время напыления материала!
Пожаробезопасность.
Тлеет, но не горит.
Невосприимчивость к химическим веществам.
Сравнительная простота монтажа.

Для выполнения работ потребуется оборудование, в котором происходит смешивание компонентов и производится пенополиуретан. Толщина слоя определяется самостоятельно, согласно параметрам выстроенного каркаса.

Готовые системы утепления

Существуют инновационные разработки, позволяющие решить проблему утепления и отделки одновременно. Например, системы Capatect используются для монтажа пенопласта и ваты, заделки швов, мест завода коммуникаций и иных «мостиков» холода, которые затруднительно качественно изолировать иными средствами. Кроме того, минеральные и силиконовые системы Capatect применяют для финишной отделки фасада.
Преимущества готовых систем:

Повышение теплоизоляционных качеств утеплителя.
Надежность.
Системы содержат армирующий слой, который не подвержен механическому воздействию, колебанию температур и воздействию осадков.
Эластичность.
Устойчивость к образованию трещин, материал не деформируется.
Широкий выбор цветового решения.
Capatect дает возможность выбрать любой оттенок, в т.ч. интенсивные, яркие цвета. При этом цвет фасада не меняется и не выцветает от воздействия ультрафиолета и высоких температур.

Заключение

На основе анализа характеристик современных утеплителей, можно отметить высокие теплоизоляционные свойства минеральной ваты. Но она гигроскопична и со временем может терять свои свойства за счёт провисания.

Стекловата уступает ей по многим параметрам и небезопасна для организма человека, но имеет самую низкую стоимость.

Пенопласт незначительно уступает по уровню теплоизоляции минеральной вате, однако влагоустойчив, даёт больше вариантов для отделки фасада и имеет меньшую стоимость.

Пенопласт и пенополиуретан не защитят от проникновения грызунов. Не стоит их выбирать для деревянного дома. За счёт паробарьерной функции (не пропускают воздух), на дереве образуется конденсат и негативно на него воздействует.

Для монтажа ваты и пенопласта стоит использовать готовые системы, например, Capatect. Они обеспечат более полноценное утепление. С их помощью можно заизолировать щели, места вывода коммуникаций и дымохода, а также выполнить отделку фасада.

Есть вопросы – обращайтесь через страницу «Контакты». или через форму обратной связи (синяя кнопка слева). Я всегда на связи и отвечу на все ваши вопросы.
Также подписывайтесь на новости сайта — это бесплатно.

В следующей статье расскажу о том, как быстро перекрыть плоскую крышу.
С уважением Филиппов Юрий.

Исследование биоматериалов для изоляции

Фото Смоле предоставлено Adobe Stock Традиционный утеплитель из минеральной ваты

Стремление к зеленому строительству характеризуется широко распространенными подходами, такими как ограничение использования сырья, минимизация загрязнения и повышение энергоэффективности. Тем не менее, один повседневный элемент — изоляция — в настоящее время вызывает пристальное внимание и разногласия в кругах устойчивого дизайна. До сих пор методы «зеленого» строительства отдавали приоритет энергии, потребляемой зданием, в отношении изолирующих свойств. Вообще говоря, чем выше значение R, тем больше энергии сохраняется (в зависимости от климата). Тем не менее, повышенное внимание к характеристикам материалов — имея в виду внутренние экологические свойства материалов — указывает на две проблемы в наиболее распространенных типах изоляции: воплощенная энергия и токсичность.

Вспененный полистирол, экструдированный полистирол и полиуретан с закрытыми порами являются производными нефти, которые обладают высокой физической энергией и включают экологически сомнительные ингредиенты, такие как бензол, стирол или хлорфторуглероды, при их переработке. Другие продукты, такие как изоляция из стекловолокна или минеральной ваты, состоят в основном из нетоксичных веществ (стеклянных или базальтовых волокон соответственно), но все же требуют измеримого количества обработки, хотя их углеродный след обычно ниже, чем у изоляции на основе ископаемого топлива.

Несмотря на то, что поддержка всех этих материалов, несомненно, будет продолжаться, мы должны стремиться к наивысшим экологическим характеристикам как на этапе воплощения, так и на этапе эксплуатации (или, говоря более целостно, на всех этапах) жизненного цикла материала. Материалы на биологической основе, такие как изоляция из целлюлозы или древесного волокна, могут соответствовать этому стандарту, особенно когда используется большой процент переработанного содержимого.

Целлюлозная изоляция, как правило, на 80 процентов состоит из переработанной газеты, а остальная часть состоит из антипиренов и связующих веществ. «Исходя из последних статистических данных Американской ассоциации лесной и бумажной промышленности, примерно 1 126 330 фунтов бумаги становятся отходами каждые 10 минут в Соединенных Штатах», — сказал Дэн Ли, исполнительный директор Ассоциации производителей целлюлозных изоляционных материалов, в отчете. пресс-релиз. «Этой бумаги, переработанной в качестве целлюлозной изоляции, достаточно для изоляции 220 энергоэффективных новых домов каждые 10 минут». По словам Алекса Уилсона, редактора-основателя BuildingGreen, процесс «волоконизации» позволяет производителям целлюлозной изоляции улучшать тепловые характеристики и чистоту конечного продукта.

Несмотря на то, что целлюлоза имеет более низкое значение R, чем такой материал, как полиуретан с закрытыми порами, при той же толщине, важно учитывать сочетание изоляционных свойств и углеродного следа. В исследовании 2017 года, опубликованном в журнале Energy Efficiency , инженер Люблянского университета Роман Кунич сравнил воплощенный углерод в различных изоляционных продуктах. Он проанализировал углеродный след этих материалов на основе одной и той же изолирующей способности, другими словами, на основе одного и того же значения R, независимо от количества требуемого материала. В его исследовании переработанная целлюлоза превзошла все небиологические материалы.

Еще один известный продукт — утеплитель из переработанной джинсовой ткани. Компания Bonded Logic, занимающаяся производством строительных материалов, из Чандлера, штат Аризона, производит изоляцию UltraTouch, которая на 80 процентов состоит из переработанных синих джинсов, бывших в употреблении. Bonded Logic насыщает волокна материала боратами, чтобы обеспечить огнестойкость класса А, а также предотвратить рост плесени и плесени. Продукт не содержит химических раздражителей, таких как канцерогены, как некоторые другие формы изоляции.

Древесные волокна также используются для изоляции зданий. Компания Gutex из Гутенберга, Германия, производит жесткие древесноволокнистые плиты из переработанной древесной стружки постиндустриального происхождения, поступающей из экологически управляемых лесов. По словам компании, ее рецепт 95% переработанной ели/пихты, 4% полиуретановой смолы и 1% парафина делают материал углеродоотрицательным. Благодаря своей водонепроницаемости изоляция Gutex служит как изоляцией, так и атмосферостойким барьером. По словам компании, «добавив эту доску снаружи, здание будет защищено от непогоды и ветра за один шаг». Исследование Кунича показывает такие же положительные результаты для изоляции из древесного волокна, при этом разновидность с низкой плотностью демонстрирует лучший углеродный след на значение теплоизоляции среди всех других материалов в его обзоре.

Университет Бата Профессор Пит Уокер (слева) и доктор Шон Платт (справа) из Университета Бата тестируют ряд отходов, чтобы оценить их тепловые характеристики в качестве потенциальных материалов для изоляции зданий.

Ученые из Университета Бата в Англии, Университета Брайтона в Англии и UniLaSalle в Руане, Франция, изучают дополнительные биоматериалы для потенциального использования в изоляции зданий. Они оценивают несколько исходных материалов, в том числе переработанные подстилки, пшеничную солому и стебли кукурузы, каждый из которых также является значительной формой отходов. По данным исследователей, ежегодно выбрасывается около 62 000 метрических тонн одеял и подушек, особенно из больниц. В Соединенном Королевстве при производстве пшеничной муки получается около 7 миллионов метрических тонн соломы, половина из которых выбрасывается. «По оценкам, эти оставшиеся 3,8 миллиона тонн соломы могут быть использованы для строительства более 500 000 новых домов, что решит проблему нехватки жилья в Великобритании в течение пяти лет», — утверждают ученые в пресс-релизе Университета Бата. Стебли кукурузы также можно использовать более эффективно, поскольку ежегодно производится 420 000 метрических тонн кукурузной сердцевины — внутренней части стебля. Исследовательская группа разработала серию строительных модулей из этих различных материалов и в настоящее время тестирует их изоляционную способность, а также то, как они справляются с влагой.

Несмотря на то, что рынок строительной изоляции не на биологической основе (полученной из нефти, стекла или минералов) существует, эти альтернативные продукты требуют дальнейшего изучения с точки зрения экологического здоровья. По словам Кунича, «синтетические или пластмассовые материалы имеют худшие характеристики по сравнению с натуральными материалами с учетом общей оценки воздействия на окружающую среду». Безусловно, изоляция из натуральных волокон должна обладать адекватной защитой от огня и устойчивостью к вредителям и плесени. Кроме того, многие виды переработанного сырья требуют специальной подготовки, чтобы обеспечить ожидаемые результаты. Тем не менее, с точки зрения здоровья материала и воплощенного углерода в сочетании с изоляционными свойствами, перепрофилированные материалы на биологической основе не могут быть превзойдены.

Блейн Браунелл, AIA, является постоянным обозревателем, чьи истории появляются на этом веб-сайте два раза в месяц. Его взгляды и выводы не обязательно совпадают с мнениями журнала ARCHITECT или Американского института архитекторов.

Исследование изоляционных материалов — Деятельность

(3 рейтинга)

Нажмите здесь, чтобы оценить

Quick Look

Уровень: 11 (9-12)

Требуемое время: 1 часа 30 минут

(можно разделить на две 45-минутные сеансы)

Расходые затраты/Группа: US 2,00 долл. Никто

Тематические области: Физика, наука и техника

Ожидаемые показатели производительности

NGSS:

HS-PS3-4

Доля:

TE Информационный бюллетень

Резюме

Учащиеся проверяют изоляционные свойства различных материалов, измеряя время, необходимое для плавления кубиков льда в присутствии различных изоляционных материалов. Учащиеся узнают о роли, которую теплоизоляционные материалы могут играть в снижении теплопередачи путем теплопроводности, конвекции и излучения, а также о разработке и применении изоляционных материалов в строительстве и машиностроении.

Эта учебная программа по инженерному делу соответствует научным стандартам следующего поколения (NGSS).

Инженерное подключение

Инженеры, архитекторы и подрядчики учитывают изоляцию при проектировании и строительстве любого здания. Инженеры создают материалы, которые предотвращают передачу тепла за счет теплопроводности, конвекции и излучения, чтобы охлаждать предметы холодными или теплые вещи теплыми. Мы не хотим, чтобы холодный воздух пробирался в наши дома зимой и не хотел, чтобы он убегал летом! Эти материалы устанавливаются в домах и других зданиях, чтобы помочь снизить затраты энергии на отопление и охлаждение. Инженеры также разрабатывают теплоизоляцию для множества других продуктов и целей, включая изоляцию труб (чтобы вода не замерзала в трубах или нагретая вода не теряла тепло), обращение с едой и напитками, космические путешествия и даже вашу одежду!

Цели обучения

После этого задания учащиеся должны уметь:

Опишите назначение изоляционных материалов в отношении теплопередачи.
Опишите основные свойства, общие для изоляционных материалов.
Опишите, как инженеры принимают решения об изоляционных материалах.

Образовательные стандарты

Каждый урок или занятие TeachEngineering связано с одной или несколькими науками K-12, технологические, инженерные или математические (STEM) образовательные стандарты.
Все более 100 000 стандартов K-12 STEM, включенных в TeachEngineering , собираются, поддерживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).
В ASN стандарты структурированы иерархически: сначала по источнику; напр. по штатам; внутри источника по типу; напр. , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классам, и т.д. .
NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемая производительность NGSS
ГС-ПС3-4. Спланируйте и проведите исследование, чтобы получить доказательства того, что передача тепловой энергии при объединении двух компонентов с разной температурой в замкнутой системе приводит к более равномерному распределению энергии между компонентами в системе (второй закон термодинамики). (9 класс- 12)
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Нажмите, чтобы просмотреть другую учебную программу, соответствующую этому ожидаемому результату
Это занятие сосредоточено на следующих аспектах трехмерного обучения NGSS:
Научная и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Концепции поперечной резки
Планировать и проводить расследование индивидуально и совместно для получения данных, которые послужат основой для доказательства, а в плане: определить типы, количество и точность данных, необходимых для получения надежных измерений, и учитывать ограничения на точность данные (например, количество испытаний, стоимость, риск, время) и соответствующим образом уточнить план.
Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!
Энергия не может быть создана или уничтожена, но ее можно транспортировать из одного места в другое и передавать между системами.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
Неуправляемые системы всегда развиваются в сторону более стабильных состояний, то есть к более равномерному распределению энергии (например, вода течет вниз по склону, объекты, более горячие, чем окружающая их среда, остывают).
Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!
Хотя энергия не может быть уничтожена, ее можно преобразовать в менее полезные формы, например, в тепловую энергию в окружающей среде.
Соглашение о согласовании: Спасибо за ваш отзыв!
При исследовании или описании системы необходимо определить границы и начальные условия системы, а их входы и выходы проанализировать и описать с помощью моделей.
Соглашение о примирении: Спасибо за ваш отзыв!
Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии – технология
Структуры строятся с использованием различных процессов и процедур. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
К конструкции конструкций предъявляется ряд требований. (Оценки 9 — 12) Подробнее
Посмотреть согласованную учебную программу
Согласны ли вы с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
ГОСТ
Предложите выравнивание, не указанное выше
Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?
Подписывайся
Подпишитесь на нашу рассылку новостей, чтобы получать внутреннюю информацию обо всем, что связано с TeachEngineering, например, о новых функциях сайта, обновлениях учебных программ, выпусках видео и многом другом!
PS: Мы никому не передаем личную информацию и электронные письма.
Список материалов
Каждой паре учеников нужно:
маленькие стеклянные лабораторные стаканы (1, 5 или более, в зависимости от выбранного набора)
кубики льда
секундомер или аналогичный прибор для измерения времени
низкотемпературная конфорка
Рабочий лист исследования изоляционных материалов
чистая бумага и карандаши
Чтобы поделиться со всем классом:
Ассортимент материалов для испытания в качестве возможных изоляционных материалов, таких как салфетки, газеты, ватные шарики, пенополистирол, алюминиевая фольга, ткань, крем для бритья, вазелин, закуски (например, сырные завитки) и т. д.
Рабочие листы и вложения
Рабочий лист исследования изоляционных материалов (doc)
Рабочий лист исследования изоляционных материалов (pdf)
Таблица рекомендуемых уровней изоляции США (doc)
Таблица рекомендуемых уровней изоляции
США (pdf)
Посетите [www. teachengineering.org/activities/view/uoh_insulation_activity1], чтобы распечатать или загрузить.
Больше учебных программ, подобных этому
Высший элементарный урок
Что такое тепло?
Студенты узнают об определении тепла как формы энергии и о том, как оно существует в повседневной жизни. Они узнают о трех типах теплопередачи — теплопроводности, конвекции и излучении, а также о связи между теплом и изоляцией.
Что такое тепло?
Высший элементарный урок
Насколько жарко?
Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы хранят тепловую энергию. Они обсуждают разницу между теплопроводностью, конвекцией и излучением тепловой энергии, а также выполняют задания, в которых исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и . ..
Насколько жарко?
Деятельность средней школы
Топить или не топить?
Учащиеся знакомятся с различными видами энергии с упором на тепловую энергию и виды теплопередачи, поскольку перед ними стоит задача разработать лучший термос для путешествий, который был бы экономичным, эстетичным и отвечал бы конструктивной задаче по сохранению жидкостей в горячем состоянии.
Топить или не топить?
Урок средней школы
Теплопередача: никакого волшебства в этом нет
Студенты изучают научные концепции температуры, тепла и передачи тепла посредством теплопроводности, конвекции и излучения, которые иллюстрируются сравнением с магическими заклинаниями, найденными в книгах о Гарри Поттере.
Теплопередача: никакого волшебства в этом нет
Предварительные знания
Требуется базовое понимание температуры и тепла. Учащиеся должны знать, что тепло – это форма энергии, которая передается от горячих предметов к холодным. Учащиеся также должны понимать три метода теплопередачи: теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение.
Введение/Мотивация
Кто из вас когда-либо ползал по своему чердаку (или подполью) раньше? Можете ли вы описать некоторые вещи, которые вы там видели? (Дождитесь ответов, ожидайте, что учащиеся упомянут изоляцию.)
Что делает изоляция? (Послушайте ответы учащихся.) Как теплоизоляция сохраняет в доме прохладу (или тепло)? (Выслушайте идеи учащихся.) Видели ли вы, что изоляция используется в других местах и для других целей?
Вы можете удивиться, узнав, что для проектирования изоляции требуется много науки и инженерии — это гораздо больше, чем просто разбросанный розовый пух из стекловолокна. Одна из главных задач, на которую обращают внимание инженеры, — правильное утепление зданий. Сокращение энергопотребления всегда является актуальной темой. Использование изоляции — отличный способ снизить затраты энергии; без него мы бы быстро оказались в энергетическом кризисе по всей территории США. На самом деле, иногда это все еще происходит, когда длительные периоды жары или суровая холодная погода перегружают электрическую сеть потребностью в энергии для кондиционирования воздуха или отопления, особенно в больших городах!
Итак, что делает изолятор хорошим? Вот где вступает в игру физика теплопередачи. Сегодня мы поговорим о трех типах теплопередачи: теплопроводности, конвекции и тепловом излучении, и посмотрим, как они связаны с нашим экспериментом с изоляционными материалами.
Давайте сначала поговорим о науке, которая касается теплопередачи, чтобы мы могли понять, почему изоляционные материалы так важны в первую очередь. Короче говоря, когда к объекту прикладывается тепло, происходит одно из двух: либо температура объекта повышается, либо он претерпевает фазовый переход. В сегодняшней работе мы сосредоточимся в первую очередь на тепле, добавленном для изменения фазы для H 9.0300 2 0 из твердого (лед) в жидкое (вода).
Теплоизолятор – это материал, плохо проводящий тепло. Можете ли вы привести хороший пример? (Послушайте идеи учащихся.) Хорошо, пенополистирол — хороший пример. Вы можете удобно держать горячую чашку кофе или кусок металла, окруженный всего сантиметром пенопласта. Тепло проходит через него очень медленно, так что температура вашей руки не сильно повышается. Пенополистирол получает свою изоляционную способность, улавливая воздух в пузырьках. Мы используем теплоизоляторы, чтобы поддерживать разницу температур, не пропуская много тепла. Какова цель утепления? Ну, теплота всегда течет от горячего тела к холодному, поэтому цель теплоизоляции до замедлить поток . Это важно как для комфорта, так и для выживания.
А что насчет техники? Когда инженеры проектируют изоляцию, они работают против теплопередачи, пытаясь остановить ее, насколько это возможно. Изоляция оценивается с точки зрения теплового сопротивления , которое называется R-значением изоляции. Чем выше значение R, тем выше сопротивление тепловому потоку и тем эффективнее изолятор.
Физики создают всевозможные удивительные изоляторы, но работа инженеров заключается в разработке практичных, рентабельных и безопасных материалов, которые можно использовать в повседневной жизни в домах или других зданиях. Какие виды изоляционных материалов вы видели? (Выслушайте предложения учащихся.) Вот несколько различных типов распространенных изоляционных материалов:
Одеяла в виде прочесов или рулонов изготавливаются из минеральных волокон, стекловолокна или минеральной ваты.
Вдуваемый насыпной утеплитель изготавливается из целлюлозы, стекловолокна или минеральной ваты. Его часто используют для заполнения пустот в стенах или незавершенных чердачных перекрытий.
Пеноизоляция обычно наносится с помощью профессионального оборудования. Он бывает двух видов: с открытыми ячейками и с закрытыми ячейками. Открытые ячейки позволяют водяному пару проходить легче, но имеют более низкое значение R.
Жесткая изоляция изготавливается из волокнистых материалов или пенопластов и изготавливается в виде плит и формованных труб-оболочек.
Системы отражающей изоляции изготавливаются из алюминиевой фольги с различными основами.
Радиационные барьеры устанавливаются для уменьшения притока тепла летом и потерь тепла зимой. Излучающие барьеры имеют низкий коэффициент излучения и высокий коэффициент отражения.
Итак, для чего нужны изоляционные материалы? (Подождите, пока учащиеся ответят.) Да, они предназначены для замедления теплопередачи. Сегодня вы сравните различные материалы, чтобы определить, какой из них предотвращает наибольшую теплопередачу между кубиком льда и стеклянной мензуркой!
Процедура
Фон
Во время этого задания учащиеся проверяют изоляционные свойства различных материалов с помощью кубиков льда. Цель эксперимента — заставить учащихся задуматься о теплопередаче и о том, как она связана с изоляционными свойствами различных материалов, и почему инженеры принимают это во внимание.
Каждая установка включает пять (или более) различных изоляционных материалов, помещенных в стеклянные стаканы. Учащиеся измеряют, сколько времени требуется одному кубику льда, чтобы растаять в каждом стакане. Вы можете провести эксперимент двумя способами:
Каждая группа готовит и контролирует набор из пяти стаканов и четырех различных изоляционных материалов. Учащиеся записывают время, необходимое для таяния кубиков льда для каждого из материалов в его установке. (Один стакан является контрольным.) Или:
.
Минимизируйте затраты времени и материалов, используя только один набор из пяти стаканов (или более, в зависимости от размера класса) и разные материалы для всего класса, и дайте каждой группе по одному стакану из набора. Каждая группа измеряет время, необходимое для таяния кубика льда, и данные объединяются для анализа. (Один стакан является контрольным.)
Вне зависимости от сценария учащиеся составляют лабораторные отчеты, которые включают исходные гипотезы о том, какой материал, по их мнению, является лучшим изолятором, таблицу данных и выводы, сделанные на основе данных.
Перед занятием
Убедитесь, что у вас есть метод производства одинаковых кубиков льда. Лотки для льда работают до тех пор, пока каждый кубик перед замораживанием заполнен на одинаковую глубину. Оставьте кубики льда в морозильной камере до тех пор, пока вы не будете готовы их раздать.
Соберите материалы для каждой группы, включая набор материалов для использования в качестве «изоляторов».
Сделайте копии листа исследования изоляционных материалов, по одному на группу.
Со студентами
Предложите учащимся изучить каждый имеющийся у вас материал. Попросите класс помолчать в течение двух минут, пока каждый учащийся записывает предсказание о том, какой материал окажется лучшим изолятором. Требуйте, чтобы они написали одно предложение объяснения, защищая свой выбор.
Разделите класс на группы по два ученика в каждой.
Дайте каждой группе по пять маленьких стеклянных стаканов. Попросите каждую группу выбрать четыре различных изоляционных материала, которые они хотят протестировать. Попросите каждую группу оставить пятый стакан пустым, чтобы он служил контролем. Попросите учащихся подумать, что плохого в использовании стакана в качестве контроля, и спросите их об этом, когда эксперимент закончится. (См. ответ в конце раздела «Процедура»).
Предложите учащимся заполнить дно каждого стакана тестовым изоляционным материалом ровно 2,25 см (1 дюйм). Попросите учащихся плотно упаковать изоляционный материал в стакан, сводя к минимуму присутствие воздуха в изоляции (это относится к таким материалам, как газеты, ватные шарики, нездоровая пища и т. д., которые можно сжимать). Объясните, что наличие воздуха между изоляционными материалами может исказить результаты, потому что воздух сам по себе обладает изолирующими свойствами! Также объясните, что учащиеся должны быть точными в отношении объема изоляционных материалов, помещенных в каждую мензурку, чтобы результаты испытаний можно было справедливо сравнить на основе объема использованного изоляционного материала.
Предложите учащимся включить плиту на минимум и поставить все пять стаканов на плиту одновременно. Важно, чтобы химические стаканы группы были помещены на одну и ту же горячую плиту в одно и то же время, чтобы каждый химический стакан получал одинаковое количество тепла.
Достаньте кубики льда из морозильной камеры и дайте по пять кубиков каждой группе, попросив их немедленно положить по одному кубику в каждый стакан и убедиться, что кубик лежит поверх материала на дне стакана. Подчеркните, что группы должны поддерживать низкую температуру на плитах! Объясните, что они поместили изоляторы на дно стакана, чтобы предотвратить попадание источника тепла (горячей пластины) на кубик льда, чтобы оценить эффективность изоляционного материала.
В зависимости от количества доступного времени для занятий, дайте кубикам льда растаять и соберите данные, измеряя их или взвешивая. Два варианта.
Если у вас есть более 30 минут учебного времени, попросите учащихся определить, сколько времени потребуется, чтобы кубики льда в каждом наборе растаяли. Собранные в результате данные представляют собой время плавления для каждого материала. Материал в стакане с кубом, который имеет наибольшее время плавления, считается лучшим изолятором.
Если у вас мало времени, дайте кубикам льда растаять хотя бы 20 минут, затем выньте их и предложите учащимся измерить массу кубиков с помощью трехбалочных весов. Если исходные кубики были близки к одинаковым, то лучшим изолятором считается куб с наибольшей конечной массой.
Пока группы ждут, пока растают кубики льда, пусть они начнут обсуждать вопросы из рабочего листа и составлять свои ответы.
Попросите учеников регулярно проверять свои кубики льда, чтобы повысить точность данных. При проведении одного эксперимента на класс попросите учащихся поделиться своими данными на доске, чтобы они могли сравнить их и выбрать лучший изолятор.
Предложите учащимся сделать выводы на основе своих данных и результатов и с помощью рабочего листа и дополнительного листа написать лабораторные отчеты, включающие их исходные гипотезы о наилучшем изоляторе, таблицы данных с разным временем и их выводы, основанные на данных. Или см. альтернативные и дополнительные заключительные действия, описанные в разделе «Оценка».
Дополнительный вопрос: что плохого в использовании стакана в качестве элемента управления? (Ответ: Материал стакана также обладает небольшими изолирующими свойствами, и настоящим контролем будет установка, в которой вообще не используются изолирующие материалы. Если бы мы хотели провести этот эксперимент более научно, мы бы поместили контрольный кубик льда непосредственно на горячую плиту и поместите другие изоляционные материалы непосредственно на горячую плиту. Но для этого действия мы помним об опасности возгорания, которой могут стать некоторые изоляционные материалы, если их поместить непосредственно на нагревательные плиты, поэтому мы использованные мензурки.)
Словарь/Определения
проводимость: передача тепла через вещество при прямом контакте атомов или молекул.
конвекция: передача тепла путем циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).
излучение: тепло, излучаемое в виде лучей или волн (например, солнечные лучи).
Значение R: мера сопротивления изоляционного или строительного материала тепловому потоку (его тепловое сопротивление). Чем выше значение R, тем больше сопротивление тепловому потоку и тем эффективнее изолятор.
теплоизолятор: Материал, плохо проводящий тепло.
Оценка
Рабочие листы : Во время занятия попросите группы учащихся использовать прилагаемый Рабочий лист исследования изоляционных материалов, чтобы записать свои первоначальные гипотезы о том, какой материал, по их мнению, является лучшим изолятором, данные (время таяния кубиков льда или, альтернативно, массу кубиков льда), и выводы, сделанные на основе данных. После завершения эксперимента попросите их обсудить с товарищами по команде вопросы, записанные в рабочих листах. Затем пусть один товарищ по команде запишет ответы с нечетными номерами, а другой запишет ответы с четными номерами. Вопросы (и ответы) также перечислены ниже в качестве дополнительных вопросов.
Дополнительные вопросы : В качестве альтернативы тому, чтобы учащиеся писали ответы на вопросы из рабочего листа, проведите заключительную дискуссию в классе, попросив их поделиться своими результатами и ответить на следующие вопросы.
По вашим данным, какой материал оказался лучшим изолятором? Почему? (Ответ: Кубик льда с наибольшим временем таяния указывает на лучший изолятор. Или, альтернативно, кубик льда с наибольшей конечной массой.)
По вашим данным, какой материал оказался худшим изолятором? Почему? (Ответ: Кубик льда с наименьшим временем таяния был худшим изолятором. Или, альтернативно, кубик льда с наименьшей конечной массой.)
Как инженер, какие выводы вы могли бы сделать из ваших данных? (Возможные ответы: изоляторы, которые хорошо защищали кубики льда от таяния, были бы пригодны для использования в холодном климате и могли бы защитить людей и их дома в холодную погоду. И наоборот, изоляторы, которые плохо защищали кубики льда от таяния подойдет для более теплого климата.)
Насколько ваши результаты отличаются от ваших прогнозов, сделанных до проведения эксперимента?
Какие элементы управления использовались в этом эксперименте? (Возможные ответы: размер стакана, объем кубика льда, объем изоляционного материала, температура нагревательной плиты.)
Какой способ передачи тепла вызвал таяние льда? (Ответ: Кондукция)
Какие тепловые процессы (конвекция, теплопроводность, излучение), по вашему мнению, наиболее распространены внутри и вокруг стакана? (Ответ: теплопроводность — это теплопередача между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом, например, стакан на горячей плите. Следовательно, теплопроводность — основной метод теплопередачи, используемый в этом эксперименте. достаточно трудно, мы могли бы также найти доказательства конвекции или излучения.Излучение — это передача тепла электромагнитными волнами, распространяющимися в пространстве, поэтому, если вы чувствуете тепло на своих руках, когда они парят над горячей плитой, вы испытываете нагревание за счет излучения. Конвекция возникает, когда газы или жидкости начинают двигаться конвективными потоками за счет теплообмена.По мере нагревания лед в случаях плохой изоляции может полностью превратиться в воду, и в этом случае может начаться конвекция.)
Как этот эксперимент поможет нам определить лучший изолятор? (Ответ: Лучший изолятор — это тот, который лучше всего защищает кубик льда от теплопередачи. Таким образом, этот эксперимент выявляет лучший изолятор путем сбора данных о продолжительности таяния кубиков льда или путем сравнения массы кубиков льда в конце заданного промежутка времени.)
Что можно улучшить в этом эксперименте? (Возможный ответ: Стакан обладает собственными изоляционными свойствами и, следовательно, повлиял на данные в этом эксперименте. Чтобы лучше проверить эффективность различных материалов для изоляции, нам нужно будет поместить материал, проверяемый на изоляционные свойства, непосредственно на источник тепла. Таким образом, стакан не повлияет на данные. )
Что еще можно проверить с помощью этого эксперимента? (Возможный ответ: мы могли бы измерить массу кубиков льда через различные промежутки времени, чтобы сравнить скорость теплопередачи между различными изоляционными материалами.)
Каковы некоторые причины неисправности конфорок? (Ответ: Нагревательные плиты могут иметь разную температуру; внутренняя часть нагревательной плиты может быть теплее, чем ее внешний край. Кроме того, каждая нагревательная плита уникальна, поэтому данные по нагревательным плитам нельзя достоверно сравнивать.)
Почему в технике полезно знать изоляционные свойства различных материалов? (Ответ: Понимание изоляционных свойств различных материалов помогает инженерам удовлетворять различные потребности своих клиентов. В некоторых случаях [возможно, в зависимости от местоположения клиента или ограничений или требований проекта] инженеры используют материалы с худшими изоляционными свойствами, тогда как в других случаях , инженеры стремятся создать тепловые оболочки с отличной изоляцией. )
Перечислите не менее трех общих свойств изоляционных материалов. (Возможный ответ: изоляционные материалы 1] плохо проводят тепло, 2) имеют высокие R-значения и 3] замедляют поток теплопередачи.)
Рекомендации : Предоставить учащимся (или показать классу с помощью диапроектора) таблицу рекомендуемых уровней изоляции США (или распечатать ту же таблицу с веб-сайта Energy Star: https://www.energystar.gov/index.cfm? c=home_sealing.hm_improvement_insulation_table). Ссылаясь на таблицу, попросите учащихся ответить на следующие вопросы:
Почему в зависимости от географического положения рекомендуются разные уровни R? Почему для оконечности Флориды рекомендуемое значение R равно 1, а для Мичигана — 5 или 6? (Возможный ответ: в зависимости от климата необходимы разные уровни изоляции. В более холодных регионах требуется больше изоляции, чтобы сохранять тепло в домах. На веб-сайте говорится, что «Уровни изоляции определяются значением R. Значение R является мерой теплоизоляции. способность противостоять теплу, проходящему через него. Чем выше значение R, тем лучше тепловые характеристики изоляции ». Таким образом, уровень R 5 или 6 в Мичигане требует лучших характеристик изоляции, чем низкий уровень R во Флориде, где температура воздуха теплее.)
Как инженер, исходя из вашего ответа на первый вопрос, а также собранных данных, какой изолятор из вашего эксперимента вы бы порекомендовали для использования в качестве изоляции дома во Флориде? (Включите свое воображение — очевидно, что настоящие инженеры не рекомендовали бы ватные шарики или чипсы Cheetos в качестве нового популярного изоляционного материала для домов!) А как насчет Мичигана? (Хорошие ответы основаны на продолжительности времени, которое потребовалось для таяния кубика льда. Например, установка, в которой кубик льда растаял быстрее всего, указывает на плохой изолятор и, следовательно, больше подходит для Флориды).
Предложите учащимся изучить информацию о карте и диаграмме, чтобы обсудить и сравнить то, что они знают, с предоставленной информацией. Найдите места, где они жили, и расскажите, подтверждает ли карта тип изоляции, который они видели в этих регионах.
Вопросы безопасности
Несмотря на то, что учащиеся должны использовать низкотемпературные конфорки, они должны следить за тем, чтобы любой из изоляционных тестовых материалов касался пластин.
Расширения деятельности
Хотя стекловолокно долгое время использовалось в качестве домашней изоляции, в настоящее время широко доступны более новые, более эффективные, безопасные и экологичные альтернативы. Предложите учащимся изучить эти альтернативные изоляционные материалы, разработанные инженерами. Примеры: новые типы ватина (например, переработанная джинсовая ткань), поролон и наполнитель (целлюлоза из переработанной бумаги). Требовать отчеты с описанием R-факторов, стоимости, долговечности и воздействия на окружающую среду. Обсудите другие вопросы, такие как качество воздуха в помещении, герметизация тепловой оболочки и повышение жесткости конструкции.
Примеры домашней изоляции: двойное стеклопакет с газовым слоем, ватин из стекловолокна между стойками и высокотехнологичный материал для герметизации «тепловой оболочки» дома.
Copyright
Copyright © 2011 Denise W. Carlson. Используется с разрешения.
Дополнительная мультимедийная поддержка
Покажите учащимся 5:39-минутный видеоролик «Mainstream Green: Insulation», чтобы узнать о многих различных изоляционных продуктах, доступных в настоящее время: http://www.fanboyreport.com/article/category/videos/517150696/
использованная литература
Хьюитт, Пол Г. Концептуальная физика , 10-е издание. Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон Аддисон Уэсли, 2006 г. Главы 15–18: Жара. стр. 289-360.
Как работает изоляция. Экономия энергии. Последнее обновление: 9 февраля 2011 г. Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. По состоянию на 1 марта 2011 г. http://www.energysavers.gov/your_home/insulation_airsealing/index.cfm/mytopic=11330
Как работает изоляция. Часто задаваемые вопросы по технике, TopBits.com. По состоянию на 1 марта 2011 г. (включает фотографию, показывающую множество различных типов изоляционных материалов: ватин, жесткий пенопласт, чипсы и т. д.) http://www.tech-faq.com/how-insulation-works.html
Хсу, Том. Основы физики . Первое издание. Системы преподавания и обучения, Школьная специальность, Наука, CPO Science. 2009, стр. 521-538.
Изоляция. Howstuffworks.com. По состоянию на 1 марта 2011 г. http://www.howstuffworks.com/dictionary/chemistry-terms/insulation-info.htm
Информационный бюллетень по изоляции. Последнее обновление: 15 января 2008 г. Исследование оболочки здания, Окриджская национальная лаборатория. DOE/CE-0180 2008. По состоянию на 1 марта 2011 г. http://www.ornl.gov/sci/roofs+walls/insulation/ins_01.html
Изоляция — вещи на пуху. Последнее обновление: 9 апреля 2010 г. Программа строительных норм энергопотребления, энергоэффективность и возобновляемые источники энергии, Министерство энергетики США. По состоянию на 1 марта 2011 г.
Авторские права
© 2013 Регенты Университета Колорадо; оригинал © 2011 Университет Хьюстона
Авторы
Роберт МакКинни; Марисса Х. Форбс
Программа поддержки
Программы Национального научного фонда GK-12 и исследовательского опыта для учителей (RET), Хьюстонский университет
Благодарности
Создан в рамках программы Исследовательского опыта для учителей (RET) Калленского инженерного колледжа Университета Хьюстона, грант №. 1130006. Однако это содержание не обязательно отражает политику Национального научного фонда, и вы не должны исходить из того, что оно одобрено федеральным правительством.
Последнее изменение: 31 августа 2019 г.
Какой изоляционный материал лучше?
Научные проекты
Реферат
Вы, наверное, заметили, что в последнее время цены на бензин постоянно растут. Топочный мазут этой зимой, вероятно, будет стоить дороже, чем прошлой зимой. Использование хорошего изоляционного материала является одним из способов экономии энергии и денег. Какие изоляционные материалы работают лучше других?
Резюме
Материаловедение

Среднее (6-10 дней)
Нет
Доступно
Низкий (20–50 долл. США)
Нет проблем
Эндрю Олсон, доктор философии, Science Buddies
Источники
Phillips, D.A., 2003. Какой изоляционный материал лучше? Тезисы научной ярмарки штата Калифорния. Проверено 25 октября 2006 г.
.
Цель
Цель этого проекта — выяснить, какой из множества материалов, обычно используемых в жилищном строительстве, является лучшим теплоизолятором.
Введение
Когда зимой становится холоднее, вы надеваете дополнительный слой (или два!) одежды, прежде чем выйти на улицу, чтобы согреться. Дополнительная одежда помогает сохранить тепло вашего тела, чтобы вы не замерзли. Он действует как изолирующий слой вокруг вас, препятствуя передаче тепла более прохладному наружному воздуху.
Здания также нуждаются в теплоизоляции, чтобы препятствовать оттоку тепла из здания в холодные зимние месяцы и препятствовать проникновению тепла в здание в жаркие летние месяцы.
«На отопление и охлаждение («кондиционирование помещений») приходится от 50 до 70% энергии, используемой в среднем американском доме. Около 20% идет на нагрев воды. С другой стороны, на освещение, бытовую технику и все остальное приходится только от 10 до 30% энергии, используемой в большинстве жилых домов» (DOE, 2002a). Вы знаете, что можете экономить электроэнергию, выключая свет, телевизоры, компьютеры и другие приборы, когда они не используются, но что, если бы вы могли что-то сделать с большей частью домашнего энергопотребления — отоплением и охлаждением? Какой теплоизоляционный материал лучше всего сохраняет тепло в доме зимой?
Изоляционные материалы характеризуются их сопротивлением тепловому потоку, обычно называемым «значением R» для материала. В этом эксперименте вы сделаете изоляционный сэндвич между двумя досками и измерите разницу температур между двумя досками, нагревая одну сторону феном. Какой изоляционный материал будет лучше всего противостоять потоку тепла от одной доски к другой?
Термины и концепции
Для выполнения этого проекта вам необходимо провести исследование, которое позволит вам понимать следующие термины и понятия:
теплоизоляция,
строительная изоляция,
различных способа теплопередачи,
радиационный,
проводящий и
конвективный;
Тепловое сопротивление
или значение R.
Вопросы
Что измеряет «значение R»?
Можете ли вы объяснить разницу между радиационным, кондуктивным и конвективным теплообменом?
Библиография
Министерство энергетики, 2002a. Информационный бюллетень по изоляции, Министерство энергетики. Проверено 25 октября 2006 г.
.
участников Википедии, 2006 г. Теплоизоляция, Википедия, Свободная энциклопедия. Проверено 25 октября 2006 г.
.
Материалы и оборудование
Два куска 1/2-дюймовой фанеры размером около 12″ × 12″
Образцы различных изоляционных материалов размером 12 x 12 дюймов для испытаний, например:
Стекловолокно
Минеральная вата
Целлюлоза
Пенополиуретан
Экструдированный пенополистирол (XPS)
Пенополистирол (EPS или картон)
Пенополиизоцианурат
Вермикулит
С-образные зажимы (2)
Фен
Инфракрасный термометр с лазерной указкой для точного наведения, например, этот из Amazon.com.
Помощник
Отказ от ответственности: Science Buddies участвует в партнерских программах с Домашние Научные Инструменты, Amazon. com, Каролина Биологический и Джамеко Электроникс. Доходы от партнерских программ помогают поддерживать Science Buddies, общественной благотворительной организации 501(c)(3), и пусть наши ресурсы будут бесплатными для всех. Нашим главным приоритетом является обучение студентов. Если у вас есть какие-либо комментарии (положительные или отрицательные), связанные с покупками, которые вы сделали для научных проектов из рекомендаций на нашем сайте, сообщите нам об этом. Напишите нам на [email protected].
Экспериментальная процедура
Проведите предварительное исследование, чтобы хорошо знать термины, понятия и вопросы.
Решите, какие типы изоляционного материала вы хотите испытать, и купите образцы. Попробуйте найти как минимум четыре различных материала для тестирования. Как вы думаете, какой материал лучше всего противостоит потоку тепла?
Чтобы проверить различные изоляционные материалы, вы поместите каждый материал между двумя кусками фанеры, используя зажимы, чтобы удерживать изоляцию на месте.
Проверяйте один материал за раз.
Используйте достаточное усилие, чтобы удерживать изоляцию на месте без сжатия .
Для объективного сравнения материалов используйте одинаковую толщину каждого материала при тестировании. Складывайте более тонкие материалы до той же толщины, что и самый толстый материал. (Что происходит с эффективным значением R, когда вы укладываете несколько слоев изоляционного материала?)
Измерьте температуру окружающей среды и температуру каждого куска фанеры и запишите результаты в лабораторную тетрадь.
Нагрейте один из кусков фанеры феном в течение 15–20 минут. Держите фен медленно, по одной и той же схеме, и держите его на одинаковом расстоянии от доски.
В определенные моменты времени (например, каждые 2–3 минуты) измеряйте температуру нагретого куска фанеры и температуру второго куска фанеры. Измеряйте каждый раз в одном и том же месте, в центре доски. Запишите результаты в лабораторную тетрадь.
Разожмите фанеру, снимите изоляцию и дайте плитам остыть до температуры окружающей среды. Затем повторите измерения со следующим изоляционным материалом.
В качестве контроля используйте воздушный зазор (без изоляции) между досками как одно из условий. Используйте два деревянных бруска той же толщины, что и ваши тестовые изоляционные материалы, чтобы удерживать фанерные плиты на правильном расстоянии друг от друга. Было бы лучше, если бы древесные волокна блоков были ориентированы параллельно поверхности фанерных плит, чтобы свести к минимуму теплопроводность блоков.
Для каждого изоляционного материала постройте графики, показывающие изменение температуры нагретой и ненагретой плит с течением времени. Изоляционный материал, который работает лучше всего, покажет наибольшую разницу температур. Совпали ли результаты с вашими ожиданиями? Почему или почему нет?
Рассчитайте разницу температур между нагретыми и ненагретыми панелями для каждого изоляционного материала. Постройте график зависимости этой разницы температур (ось Y) от эффективного значения R каждого изоляционного материала. (Не забудьте отрегулировать значение R, если вы укладываете несколько слоев!) Какую связь вы находите между разницей температур и эффективным значением R?
Какой изоляционный материал имеет наилучшее соотношение цена/качество?
Задать вопрос эксперту
У вас есть конкретные вопросы о вашем научном проекте? Наша команда ученых-добровольцев может помочь. Наши эксперты не сделают всю работу за вас, но они сделают предложения, дадут рекомендации и помогут устранить неполадки.
Опубликовать вопрос
Варианты
Изоляция Факта Министерства энергетики США указывает, что способ установки может сильно повлиять на то, насколько хорошо она будет работать. Например, «сжатая изоляция не даст вам полного номинального R-значения». (Министерство энергетики, 2002а). Используйте С-образные зажимы, чтобы сжать изоляцию между фанерными плитами. Как изменяется теплопередача при сжатии изоляции? Получаете ли вы одинаковые результаты для всех типов изоляции? Почему или почему нет?
Вакансии
Если вам нравится этот проект, вы можете изучить следующие родственные профессии:
Руководство по проекту научной ярмарки
Другие подобные идеи
Идеи проекта по материаловедению
Мои любимые
Лента новостей по этой теме

, ,
Процитировать эту страницу
Общая информация о цитировании представлена здесь. Обязательно проверьте форматирование, включая заглавные буквы, для используемого метода и при необходимости обновите цитату.
MLA Style
Сотрудники научных друзей. «Какой теплоизоляционный материал лучше?» Научные друзья , 8 июля 2020 г., https://www.sciencebuddies.
No related posts.