Теплоизоляционные материалы

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы:

Теплоизоляционные материалы существенно улучшают комфорт в жилых помещениях. Важнейшей целью теплоизоляции строительных конструкций является сокращение расхода энергии на отопления здания. Традиционные системы теплоизоляции на основе минеральной ваты, пенополистирола, стекловолокна, столь популярные ранее, в настоящее время исчерпали свои возможности.

Перспективы применения жидкой изоляции в различных сферах промышленности и строительства огромны.

Для подавляющего большинства регионов необъятной России морозные зимы есть суровая климатическая норма.

Мало какие из всех стран мира так же остро нуждаются в утеплителях различного назначения, как Россия - страна сурового климата. Потому и самую высокую потребность в современных, эффективных и в то же время экологически чистых теплоизоляционных материалах мы наблюдаем в строительной индустрии.

В связи с ускорившимся ростом цен на энергоносители едва ли не главную ценность приобрели вопросы повышения энергоэффективности как жилых, так и производственных сооружений. Первое на этом пути -- эффективная теплоизоляция.

1. Системы теплоизоляции нового поколения действительно направлены на то, чтобы свести на нет возможный ущерб окружающей среде и здоровью человека. К тому же современные теплоизоляционные технологии и материалы подразумевают сокращение теплопотерь, что имеет главной целью существенное уменьшение потребления топлива, а это, в свою очередь, должно вести так или иначе к заметному сокращению выбросов вредных веществ в атмосферу.

2. Внедрение новейших технологий и производство современных материалов теплоизоляции позволяет многократно сэкономить денежные средства на отопление (либо кондиционирование) разного рода зданий и сооружений.

3. Технологичность теплоизоляционных продуктов повышается. Сегодня их применение уже позволяет весьма сократить время, требуемое на выполнение работ. Растущая продолжительность сроков эксплуатации новых материалов утепления позволяет свести к минимуму затраты на улучшенную изоляцию, сократить ремонтные издержки.

По имеющимся данным, в большинстве зданий, относящихся к советской застройке, теплопотери составляют в среднем порядка 40% и, всячески пытаясь удержать в жилище желанное тепло, мы увеличиваем его расход за счет разного вида отопительных конструкций. В итоге растут и наши расходы.

На собственно отопление сегодня в среднем затрачивается порядка 60% всей энергии. Но тепло постепенно, но неуклонно проникает через различные строительные конструкции (включая стены, пол, и кровлю, окна, двери) в окружающую среду. Как максимально избежать этих потерь, уменьшить утечку тепла из наших домов -- это и есть область исследования новых и новейших теплоизоляционных технологий.

Всем хорошо известно, что главный показатель утеплителя -- его теплопроводность. Данный показатель у разных материалов разнится. Конкретные данные можно найти на сайтах производителей. А в житейском общепринятом варианте утеплитель обычно сравнивается с кирпичной стеной. Все мы слышали не раз сравнение о том, что всего лишь 5-сантиметровый слой пенополистирола практически эквивалентен толщине кирпичной кладки в 80 см. Соответственно, 10 см того же пенополистирола будет равен по теплу 160 см кладки из кирпича. Характеристики прочих достаточно распространенных утеплителей, возможно, дадут некоторое отклонение от вышеприведенного примера.

Рациональное потребление энергоресурсов год от года становится все более актуальной и обсуждаемой проблемой общества.

По статистическим данным, потребности России в эффективных утеплителях только в жилищном секторе строительства составляют сегодня примерно 25-30 млн. куб.м. Вполне реально если не сейчас, то в будущем удовлетворять такую потребность преимущественно за счет отечественных материалов.

Отечественный рынок: цифры и факты:

Один из неизбежных путей увеличения энергоэффективности -- применение теплоизоляционных материалов нового поколения. Сегодня мировой рынок теплоизоляции оценивается экспертами в $30 млрд. И эта цифра стремительно растет. Как утверждают эксперты, цифра эта может быть удвоена буквально в ближайшие 10 лет, т.к. применять теплоизоляцию в строительстве уже совсем скоро станет практически делом обязательным.

Что касается России, то на текущий момент на ее долю приходится порядка 5% от общемирового потребления различных видов так называемых утеплителей, среди которых основную долю занимают такие материалы, как каменная вата, стекловолокно и пенопласт.

Справедливости ради нужно признать, что пока в этом направлении собственно российский производитель делает лишь первые робкие шаги. Но хочется надеяться, что именно они явятся залогом будущих реальных достижений и на этом поприще.

Так или иначе, российские и западные эксперты делают неплохие прогнозы развития в ближайшем будущем головных сегментов отечественного рынка теплоизоляционных материалов.

Экструзионный способ производства пенополистирола в силу ряда сложностей реализации начал развиваться на постсоветском пространстве только в последнее время.

Есть исследования, полагающие, что тренд последних лет заключается в увеличении доли легких утеплителей (в первую очередь это будет справедливо в отношении стекловолокна и пенополистирола), в общем объеме строительной теплоизоляции сохранится в среднесрочной перспективе.

Наши специалисты констатируют, что в настоящий период на российском рынке пенопластов, выпускаемых для теплоизоляционных целей, преимущественная доля принадлежит беспрессовым видам пенополистирола. Здесь в качестве отступления стоит заметить, что производство беспрессового пенополистирола (ПСБ) было освоено еще советской индустрией в далеком 1958 г., спустя три года запущены производственные линии по выпуску самозатухающего пенополистирола (ПСБ-С). Что касается экструзионного способа (а он позволяет получать значительно более качественную продукцию), в силу разного рода сложностей реализации данная технология начала свое развитие на постсоветском пространстве лишь в последние годы. Основными поставщиками экструдированного ППС на отечественный рынок являются завод «Пеноплэкс» в Кириши, а также компании «Доу Кемикэл», БАСФ («Стиродур») и др.

Компания ROCKWOOL, имеющая в России обширный производственный комплекс, сегодня один из мировых лидеров в изготовлении негорючей теплоизоляции из каменной ваты

Помимо ведущих производителей и поставщиков на отечественный рынок, таких крупных компаний, как «Стройпластмасс», специализирующейся на производстве вспененных пластиков; «Кнауф», выпускающей не только минеральную вату под одноименным брендом, но также и сухие строительные смеси, штукатурные машины, тепло- и энергосберегающие изоляционные материалы, на рынке присутствует и множество мелких производителей.

На сегодняшний момент на территории страны действует несколько десятков производителей теплоизоляционных материалов. Отечественный рынок теплоизоляции считается умеренно-концентрированным.

Благодаря своим уникальным свойствам вспененные пластики высоко востребованы в строительстве в качестве эффективных изолирующих материалов

При этом большая часть продаж приходится на продукты зарубежных компаний, которые вполне успешно развивают в России собственное производство. Выделяются на общем фоне такие крупнейшие игроки внутреннего рынка, как производитель минваты «Урса-Евразия», которая входит в испанский концерн Uralita Group и занимает в натуральном выражении примерно 20% рынка. Это и компания по производству каменной (базальтовой) ваты марки Rockwool Russia, являющаяся российским подразделением солидного датского концерна Rockwool, мирового производителя изделий на основе минеральной ваты; компания теплоизоляционных материалов «Сен-Гобен Строительная Продукция Рус», представляющая в РФ одноименный французский концерн Saint-Gobain.

Вопросы утепления нашего жилища -- один из важных приоритетов нашей жизни -- грамотная теплоизоляция дает реальную возможность существенно снизить расходы на отопление.



1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ТЕХНОЛОГИЙ

лакокрасочный жидкий теплопроводность изоляция

1.1 Виды теплоизоляционных материалов

Органические-- это торф, древесное волокно. Данные материалы могут использоваться для утепления только с внутренней стороны и при исключении высокой влажности в помещении, так как они подвержены гниению. Помимо натуральных к органическим видам теплоизоляционных материалов можно отнести пенопласт, пенополистирол, пенополиэтилен. Они не боятся влажности, но не отличаются повышенной огнестойкостью.

Неорганические -- стекловолокно, минераловатные утеплители, пеностекло, ячеистые бетоны, базальтовое волокно. Чаще других используется минеральная вата и минераловатные плиты. Материал обладает огнестойкостью и высокой паропроницаемостью. Если же планируется утепление помещения с повышенной влажностью, используют неорганические материалы с гидрофобизирующими добавками.

Смешанного типа -- вермикулит, асбест, перлит и другие материалы из вспученных горных пород. Утеплитель отличается высокой стоимостью и поэтому используется реже двух первых видов.

Для теплоизоляции трубопроводов, находящихся в межстеновом пространстве каркасного дома используют специальные «рукава» из утеплителя повышенной плотности.

Современный рынок насыщен разнообразными материалами для теплоизоляции дома -- они различаются как по качеству, так и по удельному весу, тепловому сопротивлению и цене. Сегодня конкретный материал выбирают не только по его качественным характеристикам, но и в зависимости от его экологичности и эргономичных свойств.



1.2 Сравнение теплоизоляционных материалов

Основные характеристики теплоизоляционных материалов - это теплопроводность, пористость, плотность, паропроницаемость, влажность, водопоглащение, биостойкость, огнестойкость, прочность, температуростойкость и удельная теплоёмкость. Выбирая лучший теплоизоляционный материал, нужно внимательно изучить его сравнительные характеристики.

Коэффициент теплопроводности. Он равен такому количеству теплоты, которое за 1 ч пройдет сквозь 1 м материала площадью 1 м2 при разнице температур внутри и снаружи строения в 10 °С. Этот показатель характеризует теплопроводность и измеряется в Вт/ (м х °С) или в Вт/ (м х К). Показатель зависит от уровня влажности материала, так как вода проводит тепло лучше воздуха. Другими словами, мокрый и даже сырой материал не будет выполнять свою основную функцию по теплоизоляции.

Помимо этого теплопроводность зависит от структуры, пористости, химического состава материала и его температуры.

Пористость. Под пористостью понимается доля пор в общем объеме теплоизоляционного материала. Бывают поры мелкие, крупные, закрытые и открытые. Важен их тип и равномерность распределения в материале.

Плотность. Измеряется в кг/м3 и указывает на соотношение массы материала и занимаемого им объема.

Паропроницаемость. Указывает на количество пара, которое проходит через 1 м2 материала толщиной в 1 м за 1 ч. Водяной пар измеряется при этом в мг, а температура воздуха по разные стороны материала принимается за одинаковую.

Влажность. Указывает на объем влаги в материале. Еще одна важная характеристика -- сорбционная влажность. Под ней понимается равновесная гигроскопическая влажность в условиях различных температур и относительной влажности воздуха.

Водопоглощение. Это количество воды, которое может поглотить материал и удержать в порах при прямом контакте с влагой. Чтобы улучшить этот показатель, к некоторым материалам (например, минеральной вате) добавляют специальные вещества, отталкивающие влагу. Этот процесс называется гидрофобизация.

Биостойкость. Микроорганизмы размножаются там, где есть повышенная влажность. Материал с повышенной биостойкостью способен противостоять воздействию грибков, микроорганизмов и некоторых насекомых.

Огнестойкость. Существуют принятые показатели пожарной безопасности: дымообразующая способность, горючесть, воспламеняемость и токсичность продуктов горения. Чем дольше материал может выдерживать воздействие высоких температур, тем выше его огнестойкость.

Прочность. Этот показатель помогает выяснить, окажет ли на материал существенное влияние его транспортировка, складирование и монтаж. Предел прочности колеблется от 0,2 до 2,5 МПа.

Температуростойкость. Устойчивость материала к температурному воздействию. Показатель отражает температуру, после воздействия, которой материал изменит свои свойства, структуру и потферяет прочность.

Теплоемкость (удельная). Измеряется в кДж/ (кг х °С) и указывает на количество теплоты, аккумулированное теплоизоляционным слоем. Морозостойкость. Показатель указывает на способность материала выдерживать изменения температуры, замораживаться и оттаивать без нарушения основных свойств.

1.3 Современные теплоизоляционные материалы

1.3.1 Базальтовые плиты

Базальтовые минеральные плиты сегодня занимают одно из первых мест по объему потребительского спроса. Основная область применения - утепление и теплоизоляция. Без этого материала не обходится возведение жилых зданий и сооружений, объектов промышленного назначения.

С применением базальтовых плит и ваты осуществляется теплоизоляция трубопроводов, сантехнического и отопительного оборудования. Этим же материалом утепляются поверхности внутри и снаружи помещений: кровля, полы, стены, мансарды, подвалы

Хорошие теплоизоляционные характеристики базальтовых плит обусловлены низкой теплопроводностью воздуха. Разнонаправленная волокнистая структура полностью исключает свободное передвижение теплых воздушных масс внутри материала. Плиты теплоизоляционные базальтовые в сухом состоянии обладают коэффициентом теплопроводности в пределах 0,04-0,047 Вт/(м•?С).

Достоинства таких плит:

· низкое влагопоглощение и высокая прочность;

· высокая огнестойкость (материал может выдержать температуры до 1000°С);

· устойчивость к деформации и долговечность.

Плиты используются для теплоизоляции фасадов, панелей, фундаментов и кровель многоэтажных строений.

1.3.2 Пеностекло

Впервые этот материал был получен экспериментальным путем в 30-ых годах прошлого века в России. Однако использовать его в качестве теплоизолятора начали намного позже.

Пеностекло имеет две основные формы: гранулы и блоки (плиты). Технология производства пеностекла разных видов немного отличается. Во всех случаях основным сырьем выступает готовое стекло -- бой бутылочного, оконного и прочих видов.

Таким образом, кроме производства теплоизолятора, происходит еще и процесс утилизации части твердых бытовых отходов. Известно, что стекло практически не подвержено разложению с течением времени, а потому накапливается в окружающей среде.

Если сравнивать пеностекло с древесиной, то последняя в два раза хуже защищает от холода. А минеральная вата проигрывает в этом отношении на 20-30%. Такой уровень теплопроводности объясняется тем, что структура утеплителя представляет собой огромное количество замкнутых ячеек, которые разделены тоненькими перегородками. Пористость пеностекла высока -- до 95 %. Теплопроводность пеностекла составляет 0,04 Вт/(м•?С).

Его основные достоинства:

· водостойкость, прочность и легкость обработки;

· морозостойкость и несгораемость;

· длительный срок эксплуатации;

· химическая нейтральность и биологическая стойкость.

· У пеностекла есть и недостатки:

· обладает высокой стоимостью и поэтому в основном применяется на промышленных объектах;

· не пропускает воздух.

1.3.3 Эковата

Состав целлюлозной ваты (эковаты) неоднороден. Большую часть занимает древесное волокно -- 80 %, меньшую -- антипирен (борная кислота) -- 12 %, антисептик (тетраборат натрия) -- 7 %. Материал обладает мелкозернистой структурой. Поддается мокрому и сухому методу укладки. Для мокрого способа требуется специальное оборудование, так как вату выдувают. Сухой способ выглядит проще: материал засыпают и трамбуют до необходимой плотности.

Главными составляющими в производстве эковаты являются:

Ненужные материалы бумажно-картонной промышленности, в которую входят:

- остатки при изготовлении гофротары;

- бракованные изделия, появляющиеся во время выпуска печатных изданий;

- большинство отходов и бракованных деталей по производству сырьевой картонной продукции.

Макулатура газетного или бумажного типа, которая отличается более низким качеством сырья, за счет повышенной восприимчивости к загрязненности. А так же наличие неоднородности и разносортности материала.

В последнее время эковата широко применяется в строительстве различных конструкций - для утепления жилых помещений, складов, торговых помещений и нежилых общественных зданий. Наиболее оптимальное применение данного теплоизоляционного материала в помещениях с повышенным уровнем влажности, где достаточно часто может возникнуть конденсат. Теплопроводность эковаты составляет 0,036-0,042 Вт/(м•?С).

Целлюлозная вата облает рядом достоинств:

· небольшая стоимость и безопасность производства и монтажа;

· однородная укладка и высокая теплоизоляция;

· изоляция зазоров и углублений и влагообмен без снижения теплоизолирующих свойств.

· К минусам материала можно отнести:

· горючесть и трудоемкость укладки;

· низкую прочность на сжатие (делает невозможным использование материала для «плавающих» полов).

1.3.4 Пробковый утеплитель

Пробка относится к экологически чистым материалам. Пробка популярна во многих странах мира, из нее производят отделочные материалы. Также пробковый утеплитель используют для защиты крыши, мансарды и оформления фасадов. По истечении времени он не теряет свои характеристики.

Уже на протяжении длительного времени многие люди в качестве утеплителя используют пробковые материалы. Они обладает прекрасными теплоизоляционными характеристиками. В первую очередь это связано с индивидуальными особенностями внутреннего строения, а не с результатами его обработки. Не стоит торопиться, в некоторых случаях это не будет наилучшим выбором, ведь здесь есть и свои особенности эксплуатации.

Пробка является материалом натурального происхождения. Местом ее добычи служит исключительно пробковый дуб, а именно - его кора. Мест распространения данного дерева в мире не так уж много, поэтому цена на пробковый утеплитель достаточно высока. Коэффициент теплопроводности пробкового утеплителя составляет 0,043-0,050 Вт/(м•?С).

Внутреннее строение вещества -- не что иное, как скопление множества мельчайших герметично устроенных камер. Камера в свою очередь заполнена смесью различных газов, в основном - инертным азотом.

Данное строение обеспечивает пробковой пластине высокий уровень теплоизоляции. Еще одним положительным показателем является великолепная упругость материала. Это обеспечивает полное и быстрое восстановление пробковой панели даже после ее продолжительной деформации.

Она обладает массой положительных свойств:

· не поддается усадке и гниению и имеет малый вес;

· прочна, но в то же время ее легко разрезать;

· долговечна и химически инертна;

· не поддается сгоранию (при воздействии открытого огня на теплоизоляцию, пробка будет только тлеть, не выделяя вредных веществ).

Для теплоизоляции используются плиты толщиной до 50 мм, а температура применения составляет не более 120 °С.



1.3.5 Пенополиуретан

Пенополиуретан имеет вид вспененного пластичного материала с однородной структурой в виде включений из пузырьков воздуха. Именно они и являются основной его частью. Пенополиуретан отличается самыми низкими показателями теплопроводности и хорошими влагоотталкивающими свойствами.

Изготовление пенополиуретана основывается на смешивании различного рода компонентов, таких как изоцианат и полиол. При проведении данной процедуры материал вспенивается и увеличивается в объеме. Далее происходит его затвердение.

Коэффициент теплопроводности пенополиуретана составляет 0,019-0,03 Вт/(м•?С).

Плюсы пенополиуретана:

· быстро монтируется и подходит для утепления неровных поверхностей;

· не имеет стыков и эластичен;

· выдерживает воздействие температур от -250 °С до +180 °С;

· устойчив к биологическому воздействию.

Минусы:

· для монтажа требует специальной аппаратуры для задувки;

· при горении выделяет вредные вещества и не пропускает воздух.

1.3.6 Жидкий теплоизоляционный материал (ТСМ-керамик)

Это микроскопические, пустотелые керамические шарики, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкой композиции, состоящей из синтетического каучука, акриловых полимеров и неорганических пигментов. Эта комбинация делает материал легким, гибким, растяжимым. Материал обладает хорошей адгезией к покрываемым поверхностям. Теплопроводность данного утеплителя составляет 0,001-0,0016 Вт/(м•?С).

Материал обладает по-настоящему уникальными свойствами:

· низкая теплопроводность;

· отличная растяжимость -- материал наносится на любые поверхности как обыкновенная краска;

· устойчивость к воздействию высоких и низких температур, в том числе к огню;

· небольшая толщина теплоизоляции (всего несколько мм);

· экономическая выгода использования -- на 2 м2 поверхности используется около 1 л вещества.

При выборе теплоизоляции необходимо учитывать целый ряд факторов. Следует принять в расчет основные характеристики утепляемого объекта, условия эксплуатации и многое другое. Универсального материала нет, поэтому из всех представленных на рынке сыпучих смесей, панелей и жидкости необходимо выбрать самую подходящую теплоизоляцию.

1.3.7 Жидкая теплоизоляция фирмы Броня

Сверхтонкий жидкий теплоизолятор Броня состоит из высококачественного акрилового связующего, оригинальной разработанной композиции катализаторов и фиксаторов, керамических сверх тонкостенных микросфер с разряженным воздухом. Помимо основного состава в материал вводятся специальные добавки, которые исключают появление коррозии на поверхности металла и образование грибка в условиях повышенной влажности на бетонных поверхностях. Эта комбинация делает материал легким, гибким, растяжимым, обладающим отличной адгезией к покрываемым поверхностям.

Материал по консистенции напоминающий обычную краску, является суспензией белого цвета, которую можно наносить на любую поверхность. После высыхания образуется эластичное полимерное покрытие, которое обладает уникальными по сравнению с традиционными изоляторами теплоизоляционными свойствами и обеспечивает антикоррозийную защиту. Уникальность изоляционных свойств материала--результат интенсивного молекулярного воздействия разреженного воздуха, находящегося в полых сферах.

Жидкий керамический теплоизолятор Броня высокоэффективен в теплоизоляции фасадов зданий, крыш, внутренних стен, откосов окон, бетонных полов, трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, паропроводов, воздуховодов для систем кондиционирования, систем охлаждения, различных ёмкостей, цистерн, трейлеров, рефрижераторовит.п.

Для изоляции различных теплоносителей, фасадов домов, металлических конструкций, ёмкостей и других сооружений используют специальные вещества. Они представляют собой материалы, которые очень плохо проводят тепло. Одним из таких утеплителей является теплоизоляция Броня, благодаря своему инновационному составу она позволяет убрать потери при толщине в один миллиметр. Ее применяют практически во всех строительных операциях, при которых нужна защита от холода.

Как и большинство теплоизоляторов, представляет собой пасту белого цвета. Наносится шпателем или другими приспособлениями на поверхность. После застывания на протяжении 24 часов получается твёрдый слой. Толщина теплоизоляции Броня зависит от требуемого эффекта и не превышает 6 мм. Последующее увеличение не даёт улучшения свойств.

Благодаря своим свойствам этот теплоизолятор имеет универсальное применение на строительных и ремонтных объектах и выдерживает температуры от -60 до +260 градусов. По отзывам жидкая изоляция фирмы Броня надёжно защищает жилые дома от холода и сырости. С её помощью устраняются потери тепла в трубопроводах отопления и цистернах. Также возможно утепление внутренних перегородок жидкой Бронёй, отделка стен новых помещений и кровельных конструкций. Теплопроводность данного утеплителя составляет 0,001 Вт/(м•?С).

Существует четыре типа материала. В зависимости от нужд можно выбрать то, что подходит к среде эксплуатации. Обзор теплоизоляционной краски Броня лучше начать с классического вида, который наиболее популярен:

По сравнению с другими вариантами данный имеет явные преимущества:

· Для его нанесения нужно минимум инструментов.

· Толщина теплоизоляции - не больше 6 мм.

· Наносится на любую поверхность.

· Имеет высокую степень адгезии (прилипания).

· Срок службы - от 15 лет.



2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Обоснование патента

Изобретение относится к стационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий на поверхностях плоских источников теплоты.

Известен способ определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе с помощью нагревателя с постоянной температурой равномерно на дистанции нагревают всю внешнюю поверхность образца без теплозащитного покрытия, одновременно охлаждая обратную сторону образца воздушным потоком, движущемся в теплоизолированном вентиляционном канале. На втором этапе наносят теплозащитное покрытие известной толщины на внешнюю поверхность образца и повторно проводят те же самые испытания. По результатам бесконтактного измерения термографами температурных полей поверхностей образца до и после нанесения на одну из его сторон теплозащитного покрытия, а также по температуре охлаждающего воздуха вычисляют по специальным расчетным формулам коэффициент теплопроводности теплозащитного покрытия

К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: нагревателя, вентиляционного канала, компрессора, инфракрасного прозрачного стекла, компьютерных термографов, а также достаточно сложный порядок выполнения расчета: определение по результатам первого этапа измерений по уравнению теплового баланса коэффициента теплоотдачи между образцом и холодным циркулирующим воздухом в вентиляционном канале, нахождение по результатам второго этапа измерений температуры на границе образца и теплозащитного покрытия, что является весьма затруднительным с технической точки зрения, итоговое вычисление локальных и среднеинтегрального значений коэффициента теплопроводности теплозащитного покрытия.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ определения коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий, проводимый в два этапа. На первом этапе нижнюю поверхность плоскопараллельной стенки, состоящей из двух слоев одинаковой толщины с равным коэффициентом теплопроводности материала, нагревают с помощью плоского терморегулируемого источника теплоты и измеряют температуру поверхности источника теплоты, а также температуру между слоями. Температуру наружной поверхности верхнего слоя определяют расчетным способом. На втором этапе на наружной поверхности плоскопараллельной стенки закрепляют металлическую пластину известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности. Далее на наружную поверхность металлической пластины наносят слой сверхтонкого жидкого теплоизоляционного покрытия известной толщины и измеряют температуру поверхности контакта верхнего слоя плоскопараллельной стенки и металлической пластины со сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием. По специальной расчетной формуле вычисляют коэффициент теплопроводности жидкого теплоизоляционного покрытия.

К недостаткам данного способа можно отнести использование большого количества элементов: терморегулируемого источника теплоты, двух слоев плоскопараллельной стенки, металлической пластины, а также применение контактных измерителей температуры, расположенных между соседними слоями измерительной системы и искажающих ее стационарное температурное поле. Сложность способа также заключается в необходимости априорного знания значений коэффициентов теплопроводности двухслойной плоскопараллельной стенки и металлической пластины. Исходные уравнения для вывода итоговой расчетной формулы в некоторой степени не соответствуют классическим законам теплообмена.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты.

Поставленная цель достигается тем, что слой жидкой тепловой изоляции известной толщины локально наносят на поверхность плоского источника теплоты. Производят отдельно измерения температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды. По известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по известной толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле в зависимости от расположения в пространстве поверхности плоского источника теплоты коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции.

На рисунке 2.1 показана принципиальная схема реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты.

На рисунке 2.2 показан график для определения коэффициента теплоотдачи в зависимости от температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды при вертикальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты.

На рисунке 2.3 показан график для определения коэффициента теплоотдачи в зависимости от температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды при горизонтальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты.

На поверхности плоского источника теплоты 1 локально расположен слой жидкой тепловой изоляции 2 толщиной (рисунок 2.1). Температура поверхности плоского источника теплоты 1 равна , температура поверхности теплоизолированного участка и температура окружающей среды . Тепловой режим поверхности плоского источника теплоты 1 и поверхности теплоизолированного участка 2 стационарный.

Устройство для реализации предложенного способа работает следующим образом.

При стационарном тепловом режиме производят отдельно измерения температуры поверхности плоского источника теплоты 1 , температуры поверхности теплоизолированного участка 2 и температуры окружающей среды .

Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции 2 в зависимости от расположения в пространстве поверхности плоского источника теплоты 1 вычисляют по специальной расчетной формуле:

- при вертикальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты 1:

, Вт/(м•?С), (2.1)

- при горизонтальном расположении в пространстве плоского источника теплоты 1 с теплоотдающей поверхностью, обращенной вверх:

, Вт/(м•?С), (2.2)



- при горизонтальном расположении в пространстве плоского источника теплоты 1 с теплоотдающей поверхностью, обращенной вниз:

, Вт/(м•?С), (2.3)

Где и - коэффициенты теплоотдачи между поверхностью теплоизолированного участка 2 и окружающей средой соответственно при вертикальном и горизонтальном расположениях плоского источника теплоты 1 (соответственно рисунок 2.2 и рисунок 2.3);

- толщина слоя жидкой тепловой изоляции 2;

- температура поверхности плоского источника теплоты 1;

- температура поверхности теплоизолированного участка 2;

- температура окружающей среды.

Достоинствами предложенного способа являются техническая простота проведения теплофизических измерений и математическая простота вычисления коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты. Высокая точность результатов расчета достигается за счет применения формул, выведенных из классических уравнений теплопроводности для плоской стенки при стационарном тепловом режиме и конвективного теплообмена, а также графиков, полученных с помощью теории подобия тепловых процессов.

Пример конкретной реализации способа.

Определим коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции на примере теплоизоляционной краски Броня 2, нанесенной на половину поверхности конфорки электрической плитки 1, с толщиной слоя жидкой тепловой изоляции . Средние значения температуры поверхности конфорки электрической плитки 1 и поверхности теплоизолированного участка 2 по данным тепловизора DALI-700E соответственно составили и . Температура окружающей среды по результатам измерений равна .

Тогда коэффициент теплоотдачи вертикально расположенной конфорки электрической плитки 1, согласно рисунку 2.2, равен . Коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции Броня 2 по формуле 2.1 составил:

.

Относительная погрешность измерительной системы равна .

2.2 Формула изобретения

Способ определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты, включающий нагрев и измерение температуры поверхности плоского источника теплоты, определение коэффициента теплопроводности жидкого теплоизоляционного покрытия известной толщины, отличающийся тем, что слой жидкой тепловой изоляции наносят на поверхность плоского источника теплоты локально, измеряют температуру поверхности теплоизолированного участка и температуру окружающей среды, коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции в зависимости от расположения в пространстве поверхности плоского источника теплоты вычисляют по формуле:

- при вертикальном расположении в пространстве поверхности плоского источника теплоты:

;

- при горизонтальном расположении в пространстве плоского источника теплоты с теплоотдающей поверхностью, обращенной вверх:

;

- при горизонтальном расположении в пространстве плоского источника теплоты с теплоотдающей поверхностью, обращенной вниз:

,

Где и - коэффициенты теплоотдачи между поверхностью теплоизолированного участка и окружающей средой соответственно при вертикальном и горизонтальном расположениях плоского источника теплоты, определяемые по специальным графикам;

- толщина слоя жидкой тепловой изоляции;

- температура поверхности плоского источника теплоты;

- температура поверхности теплоизолированного участка;

- температура окружающей среды.



2.3 Расчёт коэффициента теплопроводности

2.4 Реферат изобретения

Изобретение относится к стационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий на поверхностях плоских источников теплоты.

Целью изобретения является упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты.

Сущность способа заключается в локальном нанесении на поверхность плоского источника теплоты слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины. По известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле в зависимости от расположения в пространстве поверхности плоского источника теплоты коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции.

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема реализации способа определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции на поверхности плоского источника теплоты



Рисунок 2.2 - График изменение коэффициента теплоотдачи плоского источника расположенного вертикально

Рисунок 2.3 - График изменение коэффициента теплоотдачи плоского источника расположенного горизонтально



3. Технико-экономическая оценка применения жидкой тепловой изоляции для наружного утепления стен здания

Как отмечено во введении к СНиП 23-02-2003, «требования к повышению тепловой защиты зданий и сооружений являются важным объектом государственного регулирования в большинстве стран мира. Эти требования рассматриваются также с точки зрения охраны окружающей среды, рационального использования невозобновляемых природных ресурсов и уменьшения влияния «парникового» эффекта и сокращения выделений двуокиси углерода и других вредных веществ в атмосферу».

Одним из показателей тепловой защиты здания, согласно СНиП 23-02-2003, является приведенное сопротивление теплопередаче отдельных элементов его ограждающих конструкций , . Удельный расход тепловой энергии на отопление здания, который также является показателем тепловой защиты строительного объекта, напрямую зависит от теплозащитных свойств ограждающих конструкций, т. е. от коэффициента . Таким образом, при проведении технико-экономических расчетов по оценке целесообразности энергосберегающих мероприятий в области повышения тепловой защиты зданий и сооружений коэффициент термического сопротивления является определяющим. В качестве подтверждения можно рассмотреть уравнение теплопередачи [1], на основании которого выполняют расчет тепловых потерь здания и определяют тепловую нагрузку на отопление:

, , (3.1)

Где - тепловой поток (тепловые потери), ;

- термическое сопротивление теплопередаче, ;

- температурный напор между внутренним и наружным воздухом, ;

- площадь поверхности теплообмена, .

При проектных либо уже реализованных объемно-планировочных решениях, а также нормируемом тепловом режиме помещений здания коэффициент термического сопротивления в формуле (3.1) выступает в роли единственного «регулятора» топливно-энергетических затрат на теплообеспечение строительного объекта.

В таблице 1 по данным [2] приведено распределение тепловых потерь в процентном соотношении по основным элементам здания.

Таблица 3.1. Тепловые потери в здании (типовые данные)

№ п/п	Наименование ограждения	Тепловые потери, %
1.	Окна	50
2.	Наружные стены	40
3.	Кровля и пол	10

Известно, что традиционным способом повышения уровня тепловой защиты здания является утепление его наружных стен [2]. В данном случае показатель энергоэффективности с учетом выражения (3.1) можно рассчитать по формуле:

, , (3.2)

где - показатель энергоэффективности, ;

и - расход тепловой энергии на отопление здания соответственно до и после тепловой изоляции наружных стен здания, ;

- термическое сопротивление теплопередаче наружных стен здания без утеплителя, ;

- коэффициент теплопроводности тепловой изоляции, ; толщина тепловой изоляции, .

Эксплуатационное термическое сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций здания в формуле (3.2) можно найти следующим образом [3]:

, , (3.3)

где и - соответственно температура внутреннего и наружного воздуха, ;

- плотность теплового потока, .

Уравнение (3.2) позволяет оценить в процентах снижение затрат на отопление здания. Впоследствии с помощью показателя энергоэффективности , , можно определить годовое снижение затрат тепловой энергии на отопление здания или экономию топлива на нужды теплоснабжения строительного объекта при известных первоначальных (до повышения уровня тепловой защиты) данных.

В качестве эффективных средств по наружному утеплению объектов теплопотребления в последнее время большую популярность получила жидкая тепловая изоляция. Наряду с классическими утеплителями (минеральная вата, пенополистирол) термокраска обладает самыми высокими теплоизоляционными свойствами. По данным большинства фирм-производителей, например [4, 5], коэффициент теплопроводности утеплителя составляет .

Сегодня на отечественном рынке появилось большое количество марок теплоизоляционных красок (Броня, Корунд, Магнитерм и мн. др.), которые используют для утепления наружных стен зданий и сооружений, трубопроводов тепловых сетей, теплотехнического оборудования. Рабочая толщина энергосберегающего покрытия может варьироваться от до [6], а рекомендованная толщина пленки однослойного покрытия составляет [4].

Рассмотрим пример технико-экономической оценки применения жидкой тепловой изоляции для наружного утепления стен здания. По данным термогигрометра Testo 610 в день проводимых измерений температура внутреннего и наружного воздуха соответственно составили и . Плотность теплового потока по показаниям тепломера ИПП-2 оказалась равной . Тогда по уравнению (3.3) коэффициент термического сопротивления составит .

Для рассматриваемого примера на рисунке 2 представлен график изменения показателя энергоэффективности , , в зависимости от толщины слоя тепловой изоляции , , построенный по формуле (3.2).

Рисунок 3.1 - Показатель энергоэффективности ?эфф = ?эфф(?из)

С помощью графика на рисунке 3.1 можно оценить относительную экономию топлива от выбранной толщины тепловой изоляции. Например, при толщине слоя утеплителя показатель энергоэффективности будет равен .

Теперь приведем пример технико-экономического расчета по абсолютным данным. Пусть годовой расход тепловой энергии на отопление здания со строительным объемом равен . Тогда при минимальной толщине утеплителя годовая экономия тепловой энергии с учетом рисунка 2 составит. Ориентировочный расход краски на однослойное покрытие равен (при толщине слоя ), оптовая цена теплоизоляционной краски в среднем равна . Тогда срок окупаемости энергосберегающего мероприятия при действующем тарифе на природный газ (второе полугодие 2015 г., г. Вологда) составит более двух лет (капитальные затраты - , экономический эффект - ). Таким образом, применение теплоизоляционной краски для утепления больших площадей не является вполне целесообразным с экономической точки зрения в связи с дороговизной инновационного материала. Однако, с точки зрения энергосбережения и экологии положительный эффект мероприятия существенен.



4. Безопасность жизнедеятельности при нанесении лакокрасочных покрытий

4.1 Общие требования охраны труда

К выполнению окрасочных работ допускаются лица старше 18 лет, не имеющие противопоказаний по состоянию здоровья к выполнению данного вида работ и прошедшие целевой инструктаж по охране труда.

В процессе работы на работника могут оказывать воздействие следующие опасные и вредные производственные факторы:

- работа на высоте;

- повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;

- повышенная (пониженная) подвижность воздуха;

- повышенный уровень статического электричества;

- недостаточная освещенность рабочей зоны;

- падения, обрушения предметов, материалов.

- токсичность паров лакокрасочных материалов.

Краски и растворители являются легковоспламеняющимися, взрывопожароопасными веществами, кроме того, пары таких веществ, попадая в дыхательные пути, вызывают раздражение и могут привести к отравлению.

При выполнении окрасочных работ работнику выдаются следующие средства индивидуальной защиты:

- костюм из смесовых тканей для защиты от общих производственных загрязнений и механических воздействий - 1 на 1 год;

- головной убор - 1на 1 год;

- ботинки кожаные - пара на 1год;

- перчатки с полимерным покрытием - 3 пары на 1 год;

- очки защитные открытые - до износа;

- респиратор - до износа.

Выбор типа средств индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания следует производить в зависимости от концентрации вредных веществ в зоне дыхания работающего:

- при содержании паров растворителей в пределах ПДК (предельно допустимые концентрации) и красочного аэрозоля, превышающего ПДК не более чем в 200 раз, - нужно применять фильтрующие противоаэрозольные СИЗ первой степени защиты;

- при содержании паров растворителей выше ПДК (независимо от концентрации красочного аэрозоля) нужно применять изолирующие СИЗ.

Спецодежда должна быть чистой, исправной, застегнутой на все пуговицы. Спецобувь должна быть зашнурована.

При выполнении порученной работы работник не должен покидать свое рабочее место без разрешения непосредственного руководителя работ.

Во время окрасочных работ запрещается курить и принимать пищу. Хранение пищевых продуктов в рабочих и складских помещениях запрещается.

Обо всех замеченных неисправностях оборудования, устройств работник должен немедленно сообщить непосредственному руководителю.

При выполнении вручную вспомогательных операций разрешается мужчинам переносить груз весом до 20 кг, женщинам - до 10 кг. В остальных случаях груз должен перемещаться с помощью механизмов и приспособлений.

Требования настоящей инструкции являются обязательными для работника.

4.2 Требования охраны труда перед началом работ

При выполнении опасных, незнакомых, редко выполняемых работ, работник должен получить целевой инструктаж по охране труда, по режиму работы и отдыха, действиям при возникновении аварийной ситуации от своего непосредственного руководителя.

Лица, имеющие повреждения кожи, не допускаются к окрасочным и очистным работам без медицинского заключения врача.

К работе с аппаратом безвоздушного распыления, мешалкой с диспергатором допускаются лица, знающие устройство и принцип работы аппаратов, правила эксплуатации и ухода за ними, требования безопасности при работе с приборами и системами, находящимися под давлением.

Перед началом работ необходимо привести в порядок рабочую одежду, подготовить исправные индивидуальные средства защиты, оборудование, инструмент, определить их исправность и годность к использованию.

Место проведения работ должно быть хорошо освещено и содержаться в чистоте и порядке. Проходы должны быть свободными, пол, настил - чистыми и сухими. Если пол или настил скользкие (облиты краской), необходимо посыпать эти места песком.

Производить работы внутри емкостей или в опасных помещениях следует после их разгерметизации (снятия крышек люков, горловин), предварительного их вентилирования, определения состава воздушной среды (в том числе на достаточность кислорода в воздухе помещений) и доведения параметров воздушной среды до допустимых значений.

Все очистные и окрасочные работы, выполняемые с применением материалов, выделяющих токсичные и опасные вещества, в местах, где возможно скопление этих веществ, должны проводиться только при наличии непрерывно действующей системы вентиляции, обеспечивающей в помещении концентрацию вредных веществ не выше ПДК и наличие кислорода не менее 20%.

В случаях, когда технически невозможно обеспечить воздухообмен, рассчитанный на поддержание ПДК, все работающие должны применять средства индивидуальной защиты органов дыхания.

Приступать к работе на лесах, подмостях, настилах и площадках можно только с разрешения непосредственного руководителя после проверки их прочности и наличия ограждения.

Все виды действующего оборудования, шланги, работающие под давлением, средства механизации должны иметь паспорта с указанием допустимых эксплуатационных параметров и инструкции по эксплуатации.

Инструмент и приспособления должны быть исправны и отвечать следующим требованиям:

- воздушные шланги пневматического инструмента должны быть без повреждений, надежно закреплены на штуцере, соединены между собой при помощи заершенных ниппелей и закреплены хомутиками;

- зачистные электрические и пневматические машинки должны иметь предохранительные кожухи;

- переносные светильники должны быть заводского взрывозащитного исполнения напряжением не более 12 В.

4.3 Требования охраны труда во время работ

Требования безопасности при приготовлении и хранении лакокрасочных материалов.

Применение новых материалов (в том числе материалов иностранного производства) допускается, если известны их основные характеристики, показатели токсичности, взрыво- и пожаробезопасности.

Хранение лакокрасочных материалов на рабочих местах допускается только в готовом к употреблению виде, в плотно закрытой таре, в количестве, не превышающем сменную потребность.

Переливание лакокрасочных материалов в рабочую тару разрешатся производить на специально оборудованных открытых площадках на металлическом поддоне с бортиками.

Пролитые и просыпанные материалы необходимо немедленно убирать с соблюдением мер безопасности.

Растирать и смешивать краски следует в специально отведенном для этой цели помещении, оборудованном вентиляцией.

При хранении и приготовлении лакокрасочных материалов запрещается:

- пользоваться стальными ломами при перекатывании металлических бочек, барабанов; бросать бочки, барабаны при погрузке и выгрузке;

- хранить материалы в открытой и неисправной таре;

- применять открытый огонь, пользоваться электронагревательными приборами;

добавлять в лакокрасочные материалы компоненты, не соответствующие установленной рецептуре состава или с неизвестными свойствами;

При перемешивании или переливании лакокрасочных материалов и растворителей, во избежание попадания брызг в глаза, следует пользоваться защитными очками.

Требования безопасности при очистке и подготовке поверхностей.

Очистка поверхностей, покрытых токсичными красками, должна производиться с увлажнением очищаемых поверхностей или другими способами, обеспечивающими снижение содержания токсичных веществ в зоне дыхания работающих до допустимого уровня.

Химическая очистка корпусных деталей должна производиться на специально оборудованных участках.

Очистка поверхностей от старых необрастающих красок, содержащих соединения свинца, сурьмы и других ядов, должна выполняться с постоянным увлажнением очищаемой поверхности и с обязательным использованием индивидуальных средств защиты органов дыхания.

Запрещается очистка поверхностей от старых красок путем выжигания.

При очистке поверхности от ржавчины, окалины, старой краски, а также при шлифовке зашпаклеванной поверхности должны применяться противопылевые респираторы.

Удаление нитролаковых, щелочных и других покрытий, обезжиривание поверхностей растворителями производится при естественном освещении или с использованием переносных светильников с напряжением не выше 12 В.

При производстве очистных и травильных работ запрещается:

- удаление старых красок тепловыми способами;

- применять для травления кислоты, содержащие мышьяк или его соединения;

- работать при неисправной или неработающей приточно-вытяжной вентиляции в производственных помещениях, замкнутых объемах.

Требования охраны труда при окрасочных работах.

Выполнение окрасочных работ должно быть обеспечено необходимыми и исправными средствами механизации, инструментами, инвентарными подмостями, а также оградительными устройствами и защитными приспособлениями.

Рабочие органы (пистолеты) высоконапорных водоструйных установок краскораспылителей должны быть снабжены устройствами, исключающими их случайный пуск.

Во всех случаях окраски распылением рекомендуется применение безвоздушного метода. При окраске пневматическими распылителями запрещается применение краскораспылителей с простыми трубчатыми соплами.

Перед началом работы с пульверизатором необходимо проверить чистоту его канала и взаимодействие всех частей.