Экструзионный пенополистирол

Математическая модель прогнозирования теплопроводности

Для оценки времени диффузии газа ВА из плиты ЭППС используется решение уравнения нестационарной диффузии в плоской неограниченной пластине

8t Дх2

Где D - коэффициент диффузии, м /с; С - относительная концентрация газа.

Примем, что на границах плиты с течением времени t концентрация С не изменяется и равна нулю. Начальное распределение ВА по толщине плиты Н постоянно (С0= const). При этих условиях решение уравнения (4.1) будет иметь следующий вид:

4 ™ 1

С(х, 0 = - С0 2 ——г ехр< л tt 2/с + 1

К=0

В качестве исходных данных для расчета приняты: Н= 0,05 м - толщина

Р л

Наиболее часто встречающейся плиты ЭППС; Д^=(1,55...8)'10~ м/с - зна­чения эффективных коэффициентов диффузии для наиболее широко исполь­зуемых в качестве В А фреонов (HCFC- 22, HCFC-I42b, HFC-52a), опреде­ленных в результате долговременных натурных экспериментов и лаборатор­ных испытаний [150, 168].

Стоит отметить, что в литературных источниках [137, 138, 158] ука­зываются различные значения Dejj для одних и тех же видов фреонов, отли­чающиеся между собой на 1 ...2 порядка. На значение Deff оказывает влияние температура, плотность пенопласта, вид газа ВА, растворимость газа в поли­стироле, размер и структура пор, толщина стенок между порами, наличие защитных пленок на поверхности [148].

Значения Deff молекул воздуха кислорода и азота в ЭППС равны, соот­ветственно, 2,70Т0"'° м2/с и 1,40'10"10 м2/с [168], что почти на 2 порядка больше, чем у большинства фреонов. Таким образом, общая скорость про­
цесса повышения теплопроводности плит ЭППС будет определяться диффу­зионными параметрами газов ВА.

На рис. 4.1 представлен результат расчета по формуле (4.2) изменения относительной концентрации фреонов во времени в плитах ЭППС по исход­ным данным. Хорошо видно, что для наиболее широко применяемых в про­изводстве ЭППС фреонов процесс их замещения в порах на более теплопро­водный и легкий воздух заканчивается в период 25...45 лет. По истечению данного срока Х^ЭППС THERMIT XPS марки 35, как было определено выше, будет равно 0,032 Вт/м-°С.

Течением времени

Сделанные теоретические выводы подтверждаются обобщенными нами долгосрочными (до 26 лет) экспериментальными результатами испытаний

Tf

Плит ЭППС STYROFOAM в лабораторных и естественных условиях, опуб­ликованными в [168] (рис. 4.2).

Рис. 4.2. Повышение теплопроводности ЭППС в процессе эксплуатации: , - обобщенные результаты экспериментальных испытании плит STYROFOAM™ со вспенивающим аген­том IIFC-A2B (1) и CFC-12 (2) соответственно; - аппроксимирующие кривые 1 и 2; — ■ ■ - теоретическое значение А, е^при заполнении порового пространства воздухом

По результатам анализа обобщенных долгосрочных натурных испыта­ний выявлена логарифмическая зависимость изменения А, е^-от времени /:

Kff=A ■ Lntfj +В. (4.3)

Сопоставление результатов теоретических расчетов диффузии фреонов и результатов натурных экспериментов, представленных на рис. 4.2, свиде­тельствует об их согласованности. Хорошо видно, что наибольшее увеличе­ние теплопроводности наблюдается в первые 10...20 лет эксплуатации. Сто­ит отметить, что адекватность разработанной структурной модели подтвер­ждается результатами независимых натурных испытаний. На рис. 4.2 видно, что значения ejf с течением времени приближаются к теоретически опреде­ленному значению Xe/f для случая полного заполнения пор воздухом и не превышают его.

В целом можно констатировать, что заявляемая производителями теп­лопроводность плит ЭГШС марки 35 менее 0,032 Вт/м-°С через 25...45 лет вне зависимости от условий эксплуатации не будет являться актуальной для принятой технологии производства и должна учитываться при проектирова­нии иэнергоаудите.

Проведено экспериментальное определение изменения теплопроводно­сти ЭППС THERMIT XPS в течение 1 года хранения в лабораторных услови­ях. Для этого было отобрано 6 образцов размером 250 х 250 х 40 мм, у кото­рых определялся коэффициент теплопроводности через 1 неделю, 1 месяц и 1 год с момента производства на приборе ИТП-МГ4 «250». Результаты прове­денного эксперимента представлены в табл. 4.3.

Сопоставляя полученные экспериментальные значения теплопроводно­сти ЭППС THERMIT XPS (табл. 4.3) с определенными теоретическими по по­строенной для этого же материала структурной модели (табл. 4.2) можно сделать вывод, что с момента производства поровое пространство ЭППС представляет собой смесь фреонов HCFC-A2b, HCFC- 22 (являются В А по данным производителя) и воздуха. На рис. 4.3 представлена аппроксимация результатов испытаний логарифмической зависимостью.

0 12 3 4

Время, лет

Рис. 4.3. Изменение теплопроводности образцов THERMITXPS толщиной 40 мм с течени­ем времени: ♦ —экспериментальные значения;-------------------------------- аппроксимирующая кривая

Таким образом, проведенные нами экспериментальные наблюдения теплопроводности образцов THERMIT XPS в течение одного года подтвер­ждают логарифмический закон изменения теплопроводности ЭППС.