Расчетно-экспериментальное исследование эффективности жидкой теплоизоляции при повышении теплозащитных характеристик объектов строительства

Таблица 5 - Значения измерений коэффициента теплопроводности.

№ эксперимента	Коэффициент теплопроводности Образца №1	Коэффициент теплопроводности Образца №2
1	0,1223 Вт/м*К	0,0793 Вт/м*К
2	0,1254 Вт/м*К	0,0753 Вт/м*К
3	0,1279 Вт/м*К	0,0786 Вт/м*К
4	0,1290 Вт/м*К	0,0777 Вт/м*К
5	0,1302 Вт/м*К	0,0796 Вт/м*К
Ср. Значение	0,1269 Вт/м*К	0,0781 Вт/м*К

2.2.2 Исследование влияния теплоизоляционной краски на теплотехнические характеристики материалов

Для проведения эксперимента потребовалось изучить перечень строительных материалов с коэффициентом теплопроводности, входящим в рабочий диапазон прибора ИТС-1: от 0,02 до 1,5 Вт/м·К. При анализе всего разнообразие строительных материалов была выбрана керамическая плитка, с заявленным коэффициентом теплопроводности от 0,14 до 0,3 Вт/м*К. В дальнейшем, опытным путем был определен коэффициент теплопроводности равный 0,2317 Вт/м*К. Таким образом, найденный строительный материал соответствовал рабочему диапазону прибора ИТС-1, что способствовало дальнейшему проведению эксперимента.

В соответствии с руководством по эксплуатации прибора «Измеритель теплопроводности ИТС-1» [10], для измерений были изготовлены образцы керамической плитки, наибольшие грани которых имеют форму квадрата с размерами 150Ч150 мм и толщиной 7 мм. Грани образца, контактирующие с рабочими поверхностями плит прибора, шлифовались с целью устранения разнотолщиности и отклонение от плоскости граней (Рисунок 5).

Рисунок 5 - Образец чистой керамической плитки (слева) и с нанесенной термокраской (справа)

Образцы № опыта	Керамическая плитка, с нанесенной термокраской №1	Керамическая плитка, с нанесенной термокраской №2
	0сл	2сл	3сл	4сл	5сл	0сл	2сл	3сл	4сл	5сл
	Теплопроводность Вт/м*К	Теплопроводность Вт/м*К
1	0,2311	0,2221	0,2038	0,1968	0,1842	0,2311	0,2181	0,2091	0,2031	0,1886
2	0,231	0,223	0,2044	0,197	0,1833	0,231	0,2194	0,2116	0,2058	0,1887
3	0,233	0,2239	0,2047	0,1977	0,1832	0,233	0,22	0,2098	0,2059	0,1877
4	0,232	0,2245	0,2063	0,198	0,1844	0,232	0,219	0,2104	0,2068	0,1883
5	0,2316	0,2249	0,2062	0,1993	0,1839	0,2316	0,2213	0,213	0,2067	0,1889
Среднее значение	0,2317	0,2236	0,2051	0,1977	0,1838	0,2317	0,2195	0,2107	0,2056	0,1884

Перед нанесением теплоизоляционной краски образцы керамики были очищены от пыли и обезжирены, после чего на керамическую плитку при помощи малярной кисти нанесены образцы термокраски (№1 и №2) в 3 слоя (по заявленным рекомендациям производителя), а также в 2, 4 и 5 слоев. Получившиеся образцы просушены не менее 24 часов при нормальных условиях. Теплопроводность полностью высушенных образцов определена не менее пяти раз для каждого образца с помощью измерительного прибора ИТС-1.

Полученные результаты рассчитываются по формуле (3) для нахождения среднего арифметического значения коэффициента теплопроводности, которые приведены в (таблице 5).



Таблица 5 - Результаты эксперимента

Образцы № опыта	Керамическая плитка, с нанесенной термокраской №1	Керамическая плитка, с нанесенной термокраской №2
	0сл	2сл	3сл	4сл	5сл	0сл	2сл	3сл	4сл	5сл
	Теплопроводность Вт/м*К	Теплопроводность Вт/м*К
1	0,2311	0,2221	0,2038	0,1968	0,1842	0,2311	0,2181	0,2091	0,2031	0,1886
2	0,231	0,223	0,2044	0,197	0,1833	0,231	0,2194	0,2116	0,2058	0,1887
3	0,233	0,2239	0,2047	0,1977	0,1832	0,233	0,22	0,2098	0,2059	0,1877
4	0,232	0,2245	0,2063	0,198	0,1844	0,232	0,219	0,2104	0,2068	0,1883
5	0,2316	0,2249	0,2062	0,1993	0,1839	0,2316	0,2213	0,213	0,2067	0,1889
Среднее значение	0,2317	0,2236	0,2051	0,1977	0,1838	0,2317	0,2195	0,2107	0,2056	0,1884

По данным, полученным в ходе измерения, были построены графики зависимости коэффициента теплопроводности исследуемого материала от количества нанесенных на его поверхность слоев термокраски. (Рисунок 6).

Рисунок 6 - График зависимости коэффициента теплопроводности исследуемого материала от количества нанесенных на его поверхность слоев термокраски для образцов №1 (слева) и №2 (справа)

.

При этом получено, что данная зависимость может быть описана по линейному закону, при этом коэффициент корреляции R не выше 0,9445.

Исходя из соотношения, отражающего зависимость коэффициента теплопроводности многослойной стенки от толщины и теплопроводности составных слоев, можно расчетно-аналитическим способом определить среднюю толщину нанесенного слоя на исследуемый образец.

В соответствии с п. 2.7 СНиП 2-3-79 «Строительная теплотехника» [40] термическое сопротивление R_к, м²*°С/Вт, ограждающей конструкции с последовательно расположенными однородными слоями следует определять как сумму термических сопротивлений отдельных слоев:

R_к = R₁ + R₂ + ... + R_n ,(4)

где R₁, R₂, ..., R_n - термические сопротивления отдельных слоев ограждающей конструкции, м²*°С/Вт, определяемые по формуле (5).

R= ,(5)

где д - толщина слоя, м;

л - расчетный коэффициент теплопроводности материала слоя, Вт/(м*°С).

Из формулы (4) следует, что термическое сопротивление керамического образца с нанесенной на его поверхность теплоизоляционной краски равно сумме сопротивлений чистого керамического образца и сопротивлению термокраски и имеет вид:

R_общ=R_{образца}+R_краски ,(6)

По формуле (5) она принимает вид:

,(7)

Таким образом, зная толщину керамического образца (д₁) и коэффициенты теплопроводности краски (л₂), исследуемого материала (л₁) и общей композиции (л_общ), из формулы (7) выражаем толщину нанесенного слоя (д₂).

,(8)

По формуле (8) была определена толщина слоя нанесенного на керамический образец, соответственно для 2,3,4,5 слойнного покрытия. Далее было найдено их среднее арифметическое по формуле (3), что является средней толщиной нанесенного слоя. Для образца №1 эта величина 4,2·10^-4 м, следовательно для образца №2 - 1,3·10^-4 м.

Таким образом, наглядно показано, что жидкая теплоизоляция, не смотря на то, что величина теплопроводности значительно занижена, все же повышает энергоэффективные свойства строительного материала и повышает термическое сопротивление при увеличении толщины её нанесения.

2.2.3 Исследование эффективности термокраски на примере расчета толщины утеплителя для плоской многослойной стенки

Проведя исследование теплотехнических качеств образцов теплоизоляционной краски, встал вопрос об её эффективности по сравнению с другими видами утеплителя. Многие производители утверждают, что слой такой теплоизоляции толщиной в 1 мм способен уменьшить толщину минеральной ваты на несколько сантиметров, чтобы способствовало использованию утеплителя меньшей толщиной и приводило к экономической выгоде.

Чтобы в этом убедиться, нужно исследовать влияние термокраски слоем в 1мм на толщину минеральной ваты на примере расчета толщины утепления для плоской многослойной стенки.

Рисунок 7 - Пример утепления плоской многослойной стенки минеральной ватой. 1-силикатный кирпич, 2 - минеральная вата, 3-красный глиняный кирпич.

Для расчета возьмем классическую конструкции трехслойной стенки, состоящую из наружного облицовочного слоя силикатного кирпича толщиной 120 мм и традиционным материалом для внутренней части стены является красный глиняный кирпич толщиной 380 мм. Третий слой утепления - минеральная вата (рисунок7).Требуемую толщину утеплителя определяют расчетным путем в соответствии с нормами СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий"[35] и СНиП 23-01-99 "Строительная климатология" [38] по методике СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий" [39] , а так же ведомственными, отраслевыми, территориальными нормами, государственными стандартами, стандартами организаций и иными нормативными документами.

Определение исходных данных:

• Площадка строительства г. Вологда;

• Тип здания: Жилое;

• Тип конструкции: Стены;

• Условия эксплуатации: Б;

• Расчетную среднюю температуру внутреннего воздуха здания принимаем t_int = 20°С ;

• Относительную влажность внутреннего воздуха ц не более 55 %;

• Среднюю температуру наружного воздуха принимаем t_ht = -4°С ;

• Продолжительность отопительного периода z_ht =228 сут.

Расчет требуемой толщины теплоизоляции:

Сначала определяем D_d - градусо-сутки отопительного периода (°С-сут) по формуле (9).

D_d = ( t_int - t_ht)• z_ht , (9)

Получается:

D_d =5472 °С-сут

Требуемое термическое сопротивление R_треб для величин D_d , отличающихся от табличных, следует определять по формуле (10).

, (10)

где D_d -- градусо-сутки отопительного периода, °С-сут, для конкретного пункта;

а, b -- коэффициенты, значения которых следует принимать по данным таблицы для соответствующих групп зданий. Для жилых зданий a = 0,00035 и

b = 1,4.

Получается:

R_треб = 3,31 м² °С/Вт

В соответствии с п. 2.6 СНиП 2-3-79 «Строительная теплотехника» [39] термическое сопротивление R_о, м2*°С/Вт, ограждающей конструкции следует определять по формуле (9) :



,(11)

где - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций равный 8,7 мІ°С/Вт.

- термическое сопротивление ограждающей конструкции, м²*°С/Вт, определяемое по формуле (4)

- коэффициент теплоотдачи (для зимних условий) наружной поверхности ограждающей конструкции равный 23 мІ*°С/Вт.

По формуле (5) следует:

,(12)

где д_i - толщина слоя ограждающей конструкции, м;

л_i - расчетный коэффициент теплопроводности слоя ограждающей конструкции, Вт/(м*К).

Зная характеристики каждого слоя, приведённых в (таблице 6), производим расчет толщины утепления, с коэффициентом теплопроводности л_вата = 0,043 Вт/м*К, ограждающих конструкций.

Таблица 6 - Характеристики слоев исследуемых многослойных стенок.

Характеристики Материал	Коэффициент теплопроводности л, Вт/м*К	Толщина слоя материала д, м
Силикатный кирпич	0,66	0,12
Красный глиняный кирпич	0,56	0,38
Теплоизоляционная краска №1	0,1269	0,001
Теплоизоляционная краска №2	0,0781	0,001

Из формулы (12) получим R_в- термическое сопротивление плоской многослойной стенки утепленной минеральной ватой, :



,(13)

где R_треб - требуемое термическое сопротивление,

д _с.к - толщина слоя из силикатного кирпича, м

л _с.к - коэффициент теплопроводности силикатного кирпича, Вт/мК

д _к.к - толщина слоя из красного глиняного кирпича, м

л _к.к - коэффициент теплопроводности красного глиняного кирпича, Вт/м*К

д _м.в - толщина слоя минеральной ваты, м

л _м.в - коэффициент теплопроводности минеральной ваты, Вт/мК

Следовательно из полученной формулы (13) выражаем значение толщины утеплителя д _м.в , м.

,(14)

Проведя расчет, используя соответствующие значения, получили:

0,098745 м

Но на данный расчет не учитываеют коэффициент тепловой неоднородности стены. А любое теплопроводное включение (в том числе связи между несущей стеной и отделочным слоем) увеличивает расчетную толщину изоляции.

Современные российские нормы СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» [35] устанавливают методику расчета коэффициента теплотехнической однородности для трехслойных стен. Согласно этим нормам для фактической конструкции среднее значение коэффициента для слоистой кладки составляет около 0,87.

Следует поделить полученную выше расчетную толщину теплоизоляции на коэффициент неоднородности r =0.87.



0,098745 / r = 0,1135 м ? 0,120 м

Следовательно, требуемый слой утеплителя для плоской многослойной стенки должен быть толщиной не менее чем 120 мм.

Чтобы исследовать эффективное влияние 2 образцов теплоизоляционной краски на толщину минеральной ваты, потребовалось провести аналогичный расчет толщины утепления плоской многослойной стенки с дополнительным слоем теплоизоляции в виде термокраски (рисунок 8). Характеристики двух образцов представлены в (таблице 6).

Рисунок 8 - Пример утепления плоской многослойной стенки теплоизоляционной краской: 1-силикатный кирпич, 2 - минеральная вата, 3-красный глиняный кирпич, 4- термокраска №1 и №2.

Проводим соответствующий расчет по формуле (14).

а)Для теплоизоляционной краски №1:

, (15)

0,098406/ r = 0,1311 м? 0,120 м

б)Для теплоизоляционной краски №2:



, (16)

0,098194/ r = 0,1128 м? 0,120 м

Таким образом, расчетная проверка эффективности теплоизоляционной краски показала, что данный образцы жидкой теплоизоляции толщиной в 1мм оказали влияние на толщину минеральной ваты, уменьшив его на незначительные значения 0,00042 м и 0,00068 м, соответственно образцом №1 и образцом №2, что не способствует уменьшению требуемуемой толщины минеральной ваты равной 0,12 м.

2.3 Основные выводы по исследованию

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1) Экспериментальная проверка коэффициентов теплопроводности двух образцов теплоизоляционной краски показала, что значения не соответствуют заявленным производителем характеристикам: отклонение составило 98,7 % и 99,2 % соответственно.

2) В ходе исследования получено, что теплоизоляционная краска, нанесенная на исследуемый строительный материал, повышает его энергоэффективные свойства.

3) Теплоизоляционный слой краски толщиной в 1 мм оказывает влияние на толщину минеральной ваты, уменьшая его на незначительные значения 0,00044 м и 0,00074 м, соответственно образцом №1 и образцом №2.



3. Разработка нового эффективного состава теплоизоляционной краски для повышения теплотехнических качеств объектов строительства

3.1 Предпосылки поиска нового решения

Расчетно-экспериментальное исследование показало, что исследуемые образцы теплоизоляционной краски малоэффективны при утеплении ограждающих конструкций, так как обладают высоким коэффициентом теплопроводности по сравнению традиционными утеплителями и не создают требуемого термического сопротивления. При всех недостатках теплоизоляционной краски, можно выделить, что использование с другими утеплителями благоприятно сказываются, на повышение теплотехнических характеристик ограждающей конструкции, без демонтажа используемого теплоизолятора. Но из-за высокого показателя теплопроводности и высокой стоимости теплоизоляционных красок, их использование экономически нецелесообразно.

Поэтому перед нами стоит задача по нахождению нового решения, которое будет экономически выгодно и более эффективно при утеплении ограждающих конструкций.

3.2 Анализ разработанного состава

При обзоре источников интеллектуальной собственности в области жидкой теплоизоляции, мною были рассмотрены некоторые существующие патенты на теплоизоляционную краску. В качестве одного из главных компонентов данных термокрасок являются полые стеклянные, керамические, техногенные (зольные) и полимерные микросферы, заполненные разряженным и атмосферным воздухом (рисунок 9). Микросферы - это мельчайшие полые шарики из природных минералов (кварц, полевой шпат), из различных видов специального стекла и покрытые тонким слоем кремниевого покрытия. Их производят на специализированных предприятиях. В России таких предприятий всего три. Производство микросфер трудоёмкое и энергоёмкое. Минералы предварительно очищаются от примесей, перерабатываются и при высокой температуре особым образом распыляются, что позволяет получить идеальную сферическую форму микросфер, причем внутри они получаются полые. За счёт свойства сохранения тепла они используются как наполнитель в теплоизоляционных строительных видов смеси.

Рисунок 9-Полые стеклянные микросферы при увеличении.

Вследствие, чего было принято решение по использованию данных микросфер в составе дешевого лакокрасочного материала. Теплоизоляционный эффект был достигнут за счет смешивания этих двух компонентов, и добавлению дополнительных пенопластовой крошки в процентном соотношении 80% краски, 20% микросферы и 10 % крошки. В дальнейшем полученный состав краски, толщиной 2 мм, нанесен на образцы керамической плитки (рисунок 8).



Рисунок 8 - Образец керамической плитки с нанесенным слоем полученной краски.

3.3 Определения коэффициента теплопроводности полученного состава

В соответствии с руководством по эксплуатации прибора «Измеритель теплопроводности ИТС-1» [10], для измерений были изготовлены образцы керамической плитки, наибольшие грани которых имеют форму квадрата с размерами 150Ч150 мм и толщиной 7 мм. Грани образца, контактирующие с рабочими поверхностями плит прибора, шлифовались с целью устранения разнотолщиности и отклонение от плоскости граней.

Перед нанесением теплоизоляционной краски образцы керамики были очищены от пыли и обезжирены, после чего на керамическую плитку при помощи малярной кисти нанесен новый образец краски толщиной в 2мм, который достигнут путем последовательного нанесения нескольких слоев краски. Сушка каждого слоя не менее 24 часов при нормальных условиях. Теплопроводность полностью высушенных образцов определена не менее пяти раз для каждого образца с помощью измерительного прибора ИТС-1 в соответствии с п. 2.2.1.

Полученные результаты эксперимента рассчитываются по формуле (3) для нахождения среднего арифметического значения коэффициента теплопроводности исследуемого образца. Данные эксперимента приведены в (таблице 7).

Таблица 7 - Коэффициенты теплопроводности полученные при измерении.

№ эксперимента	Коэффициент теплопроводности керамической плитки	Коэффициент теплопроводности исследуемого образца
1	0,2311 Вт/м*К	0,0208 Вт/м*К
2	0,231 Вт/м*К	0,021 Вт/м*К
3	0,233 Вт/м*К	0,0212 Вт/м*К
4	0,232 Вт/м*К	0,0215 Вт/м*К
5	0,2316 Вт/м*К	0,0215 Вт/м*К
Среднее Значение	0,2317 Вт/м*К	0,0212 Вт/м*К

Результаты полученные в ходе измерение показывают эффективное влияние полученной краски на коэффициент теплопроводности материала, уменьшая его значение в 11 раз. Следовательно будет целесообразно проводить дальнейшое исследование его теплотехнических качеств.

Чтобы найти коэффициент теплопроводности полученного образца краски воспользуемся формулой (5).

,(17)

Таким образом, зная толщину керамического образца д₁ = 0,007 м и толщину нанесенного слоя д₂ = 0,002 м, коэффициенты теплопроводности керамического материала л₁=0,2317 Вт/м*К и общей композиции л_общ=0,0212 Вт/м*К, из формулы (7) выражаем коэффициент теплопроводности краски (л₂):



,(18)

По формуле (8) был определен коэффициент теплопроводности новой теплоизоляционной краски равный Вт/м*К.

Таким образом, данный состав краски имеет очень низкий коэффициент теплопроводности и в несколько раз увеличивает теплотехнические характеристики материалов, что говорит об эффективности разработанного состава.

3.4 Исследование эффективности нового теплоизоляционного состава на примере расчета толщины утеплителя для плоской многослойной стенки

Чтобы убедиться в эффективности полученной теплоизоляционной краски ,нужно исследовать влияние данного состава слоем в 1мм на толщину минеральной ваты на примере расчета толщины утепления для плоской многослойной стенки.

Для расчета возьмем классическую конструкции трехслойной стенки, состоящую из наружного облицовочного слоя силикатного кирпича толщиной 120 мм и традиционным материалом для внутренней части стены является красный глиняный кирпич толщиной 380 мм. Третий слой утепления - минеральная вата (рисунок 10).Требуемую толщину утеплителя определяют расчетным путем в соответствии с нормами СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий"[12] и СНиП 23-01-99 "Строительная климатология" [13] по методике СП 23-101-2004 "Проектирование тепловой защиты зданий" [14] , а так же ведомственными, отраслевыми, территориальными нормами, государственными стандартами, стандартами организаций и иными нормативными документами.

Исходные данные для расчета определены и проведен расчет по нахождению требуемой толщины минеральной ваты в соответствие п. 2.2.3.

Следовательно, требуемый слой утеплителя для плоской многослойной стенки должен быть толщиной не менее чем д_м.в = 0,130 м.

Рисунок 10 - Пример утепления плоской многослойной стенки теплоизоляционной краской. 1-силикатный кирпич, 2 - минеральная вата, 3-красный глиняный кирпич, 4- новый состав теплоизоляционной краски.

Чтобы исследовать эффективное влияние слоя теплоизоляционной краски толщиной в 1мм на толщину минеральной ваты, потребовалось провести аналогичный расчет толщины утепления плоской многослойной стенки с дополнительным слоем теплоизоляции в виде термокраски (рисунок 10).

Проводим соответствующий расчет по формуле (14).

Толщина минеральной ваты с использованием нового состава теплоизоляционной краски:

, (19)

где д_н.к - толщина слоя краски равная 0,001 м;

л_н.к - расчетный коэффициент теплопроводности краски равный 0,00507 Вт/м*К.

Подставив значения в формулу получаем:

0,087952/ r = 0,10994 м ? 110 мм

где r - коэффициент неоднородности плоской стенки равный 0,87.

Таким образом, расчетная проверка эффективности показала, что данный образец термокраски толщиной в 1мм оказывает влияние на толщину минеральной ваты, и способствует использованию утеплителя толщиной плит 110 мм вместо требуемых 120 мм.

3.5 Основные выводы по исследованию

В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы:

1) В ходе исследования получено, что теплоизоляционная краска, нанесенная на исследуемый строительный материал, повышает его энергоэффективные свойства.

2) С помощью расчета определен низкий коэффициент теплопроводности новой теплоизоляционной краски равный 0,00507 Вт/м*К.

3) Полученный состав теплоизоляционный краски толщиной в 1 мм оказывает влияние на толщину минеральной ваты, и способствует использованию плит минеральной ваты толщиной 110 мм вместо требуемых 120 мм.



4. Расчет экономической эффективности при утеплении ограждающих конструкции зданий теплоизоляционными красками

Вопросы энергосбережения актуальны для экономики любой страны. Однако не менее важными являются вопросы окупаемости вложенных в энергосбережение средств, что обуславливает их экономическую эффективность.

Чем выше уровень тепловой защиты наружных ограждающих конструкций (стен, окон, покрытий и т.п.), тем меньшими оказываются потери тепла через них и тем меньше требуется подводить к зданию тепловой энергии для компенсации теплопотерь. Таким образом, повысив уровень тепловой защиты (теплоизоляции) наружных ограждающих конструкций можно добиться сокращения утрат тепловой энергии и как следствие, уменьшить затраты на эксплуатацию здания (уменьшить коммунальные платежи на отопление для зданий, оборудованных общедомовыми или индивидуальными счетчиками тепловой энергии). На этом принципе основан один из путей энергосбережения и повышения энергетической эффективности существующих зданий.

4.1 Расчет экономической эффективности использования теплоизоляционной краски для утепления наружных стен зданий

4.1.1 Исходные данные для расчета экономической эффективности

В качестве исходных данных, для наружной стены жилого многоквартирного здания, выбраны климатические условия города Вологды. Расчетные климатические и теплоэнергетические параметры здания для климатических условий города Вологды приняты по СНиП 23-01-99 "Строительная климатология" [13] и представлены в (таблице 8).

По данным, представленных в (таблице 8), рассчитывается базовое значение требуемого сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций рассчитывается по формуле:

,(20)

где ГСОП-градусо-сутки отопительного периода, °C •сут/год

а,b-коэффициенты, значения которых следует принимать по данным табл. 3 СП 50.13330 [21] для соответствующих групп зданий; для наружных стен жилых зданий a= 0,00035, b= 1,4.

Таблица 8-Расчетные климатические условия для жилых зданий, расположенных в Вологде

Показатель	Обозначение параметра	Единица измерения	Расчетное значение
Расчетная температура наружного воздуха	tн	°C	- 32
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период	tср.н	°C	-4
Продолжительность отопительного периода	zот	сут/год	228
Градусо-сутки отопительного периода	ГСОП	°C •сут/год	5472
Расчетная температура внутреннего воздуха	tв	°C	20

Получаем, что требуемое термическое сопротивления для наружных стен в Вологде:

(20)

В качестве утепляемого материала возьмем теплоизоляционную краску №1 с коэффициентом теплопроводности л₁ = 0,1269 Вт/м•К; краску №2 равную л₂=0,0781 Вт/м•К; разработанную композицию краски с теплопроводностью л₃=0,00507.

Следовательно, по формуле (13) находим термическое сопротивление с утепленной стены минеральной ватой с коэффициентом теплопроводности 0,043 и толщиной утеплителя 120 мм и дополнительным слоем теплоизоляционной краски с оптимальной толщиной 2 мм:

= 3,825

= 3,837

= 4,203

4.1.2 Расчет экономической эффективности использования теплоизоляционной краскок для утепления наружных стен зданий

Применим для расчета сроков окупаемости утепления наружных стен рассматриваемого, типового для Вологды, здания метод приведенных затрат.

Предположим, что

П₁=К₁+Э₁•Т,(21)

П₂=К₂+Э₂•Т,(22)

где П₁, П₂ - затраты на капитализацию и эксплуатацию наружных стен, приведенные к 1 м² площади, руб/м² ;

К₁ - капитальные затраты на возведение 1 м² наружной стены (с учетом того, что мы рассматриваем существующее здание, К1=0), руб/м² ;

К₂ - капитальные затраты на дополнительное утепление, руб/м² ;

Э₁ - эксплуатационные затраты, учитывающие потери тепловой энергии через 1 м² наружной стены за один отопительный сезон до проведения утепления, руб/м2 ·год;

Э₂- эксплуатационные затраты, учитывающие потери тепловой энергии через 1 м² наружной стены за один отопительный сезон после утепления стен, руб/м² ·год;

Т - время, исчисляемое в годах.

Условием окупаемости для принятой модели будет равенство приведенных затрат П1 и П2, т.е.

П₁= П₂ (23)

С учетом уравнений (21), (22) уравнение (24) можно записать в виде:

К₁+Э₁•Т= К₂+Э₂•Т, (24)

Или с учетом того, что К₁=0:

Э₁•Т= К₂+Э₂•Т,(25)

Тогда из уравнения (25) можно получить следующую формулу для расчета срока простой окупаемости:

,(26)

где ?К - разность капитальных затрат, приведенных к 1 м² наружной стены (с учетом того, что в рассматриваемом примере К1=0: ?К=К2-К1=К)

?Э - разность потерь тепловой энергии через 1 м наружной стены до проведения мероприятий по утеплению стен (Э₁) и после утепления (Э₂).

С учетом некоторых выражений ?Э можно определить по формуле:

,(27)

где U₁ - коэффициент теплопередачи стены с предложенным утеплением.

U₂ -требумый коэффициент теплопередачи для наружных стен в Вологде

C_т - величина тарифа, принимаемая в:

• руб/Гкал - при централизованном отоплении от городской ТЭЦ;

• руб/кВт·ч - при электрическом теплоснабжении.

Для Вологды тариф на тепловую энергию составляет C_т=941,66 руб/Гкал

Требуемое (базовое) значение сопротивления теплопередаче для наружных стен жилых зданий применительно к климатическим условиям Вологды (ГСОП = 5472 єС·сут) составляет 3,31 м 2 ·єС/Вт. Значению сопротивления теплопередаче 3,31 м 2 ·єС/Вт соответствует коэффициент теплопередачи, полученному по формуле:

= 0,302 Вт/ м2 ·єС

Предположим, что фактическое значение приведенного сопротивления теплопередаче подтверждено теплотехническими измерениями и составляет 1,0 м2 ·єС/Вт.

Подставим в формулу (27) исходные данные для расчета и рассчитаем для рассматриваемого примера разность эксплуатационных затрат (потерь тепловой энергии через 1 м² в течение одного отопительного периода) наружной стены здания до и после утепления. Получим:

,(27)

77 руб/м²

77руб/м²

80 руб/м²

1)Капитальные затраты на дополнительное утепление теплоизоляционной краской №1 наружной стены существующего здания ?К, рассчитанные согласно ТЕР 26-01-045-03, составляют 875 руб/м2 .Данная стоимость включает в себя:

· Очистка стен от грязи -50 руб./м²;

· Стоимость грунтовки -12 руб./м²

· Грунтовка стен - 50 руб./м²;

· Теплоизоляция - 462 руб./м²;

· Покрасочные работы - 300 руб./м²;

Затраты на утепление с учетом материалов и стоимости работ на м² составляют 875 руб.

Таким образом, находим срок окупаемости мероприятия по формуле:

,(28)

Находим:

= 11,42 ? 12 лет

Как видно из приведенного расчета использования слоя теплоизоляционной краски №1 окупится примерно за 12 лет.

2) Капитальные затраты на дополнительное утепление теплоизоляционной краской №2 наружной стены существующего здания ?К, рассчитанные согласно ТЕР 26-01-045-03, составляют 991руб/м2 .Данная стоимость включает в себя:

· Очистка стен от грязи -50 руб./м²;

· Стоимость грунтовки -12 руб./м²

· Грунтовка стен - 50 руб./м²;

· Теплоизоляция - 548 руб./м²;

· Покрасочные работы - 300 руб./м²;

Затраты на утепление с учетом материалов и стоимости работ на м² составляют 991 руб.

Таким образом, находим срок окупаемости мероприятия по формуле:

(28)

Находим:

= 11,44 ? 12 лет

Как видно из приведенного расчета использования слоя теплоизоляционной краски №1 окупится примерно за 12 лет.

3) Капитальные затраты на дополнительное утепление новой композиции теплоизоляционной краски наружной стены, рассчитанные согласно ТЕР 26-01-045-03, составляют 612 руб/м² .Данная стоимость включает в себя:

· Очистка стен от грязи -50 руб./м²;

· Стоимость грунтовки -12 руб./м²

· Грунтовка стен - 50 руб./м²;

· Теплоизоляция - 200руб./м²;

· Покрасочные работы - 300 руб./м²;

Затраты на утепление с учетом материалов и стоимости работ на м² составляют 612 руб.

Таким образом, находим срок окупаемости мероприятия по формуле:

(28)

Находим:

= 7,73 ? 8 лет

Как видно из приведенного расчета использования слоя новой теплоизоляционной краски окупится примерно за 8 лет.

Следовательно, сроки простой окупаемости мероприятий по утеплению наружных стен жилого дома в Вологде, утепленных теплоизоляционными красками, составили:

Для образцов теплоизоляционных красок №1 и №2 соответственно:

= 11,42 ? 12 лет

= 11,44 ? 12 лет

Для разработанного образца краски:

= 7,73 ? 8 лет

Вывод по расчету

Таким образом, разработанный состав в ходе расчета оказался более экономически выгодным по сравнению с исследуемыми образцами, так как его использование окупится быстрее на 4 года при нанесенном слое теплоизоляционного слоя в 2мм.



5. Безопасность жизнедеятельности при выполнении окрасочных работ

В связи с методическими рекомендациями по разработке государственных нормативных требований охраны труда, производится разработка межотраслевых и отраслевых типовых инструкций по защите труда.

Рекомендуемая разработка предполагает четкую структуру и осуществляется на основе:

а) действующих законов и иных нормативных правовых актов;

б) изучения вида работ, для которого инструкция разрабатывается;

в) изучения условий труда, характерных для соответствующей должности, профессии (вида работ);

г) определения опасных и вредных производственных факторов, характерных для работ, выполняемых работниками соответствующей должности, профессии;

д) анализа типичных, наиболее вероятных причин несчастных случаев на производстве и профессиональных заболеваний;

е) определения наиболее безопасных методов и приемов выполнения работ.

В межотраслевую или отраслевую типовую инструкцию по охране труда рекомендуется включать разделы:

1. Общие требования охраны труда.

2. Требования охраны труда перед началом работы.

3. Требования охраны труда во время работы.

4. Требования охраны труда по окончанию работы.

При необходимости в межотраслевую или отраслевую типовую инструкцию по охране труда можно включать другие разделы.

В тексте межотраслевых и отраслевых типовых инструкций по охране труда делается минимум ссылок на какие-либо нормативные правовые акты, кроме ссылок на правила, на основании которых они разработаны.

5.1 Общие требования

Для окрасочных работ допускаются лица старше 18 лет, не имеющие противопоказаний по состоянию здоровья для выполнения данного вида работ и прошедшие целевой инструктаж по охране труда.

В процессе работы работник должен быть способен переносить следующие опасные воздействия 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 этого, пары таких веществ, попадая в дыхательные пути, вызывают раздражение и могут привести к отравлению. Поэтому стоит уделить особое внимание рабочей форме и средствам защиты организма.

При выполнении малярных работ работнику выдаются следующие средства индивидуальной защиты:

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

2) шапка - 1 на 1 год;

3) кожаные туфли - пара на 1 год;

4) перчатки с полимерным покрытием - 3 шт на 1 год;

5) открытые защитные очки для ношения;

6) респиратор до износа.

7) выбор типа средств индивидуальной защиты (СИЗ) органов дыхания следует производить в зависимости от концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны:-- при содержании паров растворителей в пределах ПДК (предельно допустимой концентрации) и красочного аэрозоля, превышающих ПДК не более чем в 200 раз, вы должны использовать средства индивидуальной защиты противоаэрозольный фильтр первой степени защиты;

8) при содержании паров растворителей выше ПДК (независимо от концентрации красочного аэрозоля) применять изолирующие СИЗ;

9) одежда должна быть чистой, исправной, застегнутой. Спецобувь -зашнурована;

10) при выполнении порученной работы работник не должен покидать свое рабочее место без разрешения непосредственного руководителя;

11) при проведении окрасочных работ запрещается курить и принимать пищу. Хранение пищевых продуктов в рабочих и складских помещениях строго запрещено;

12) обо всех замеченных неисправностях оборудования, приспособлений, работник должен немедленно сообщить непосредственному руководителю;

13) 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;

14) требования настоящей инструкции являются обязательными для работника.

5.2 Требования перед началом окрасочных работ

1) при выполнении опасных, незнакомых, редко выполняемых работ, работник должен получить полноценный инструктаж по охране труда, по режиму труда и отдыха, действиям в условиях чрезвычайных ситуаций с их непосредственным руководителем;

2) лица, которые имеют повреждения кожи, не допускаются к краске до тех пор, пока не будет пройдено лечение, основанное на выводах медицинского врача;

3) работа с аппаратами безвоздушного распыления, мешалкой с диспергатором допускаются лица, знакомые с особенностями работы устройства и принципами работы аппаратов. Не стоит забывать и о правилах эксплуатации и технического обслуживания, требованиях безопасности при работе с приборами и системами под давлением;

4) перед началом работы необходимо привести в порядок рабочую одежду, подготовить исправные индивидуальные средства защиты, оборудование, инструмент, определить их исправность и пригодность к использованию;

5) рабочая зона должна быть хорошо освещена и содержание скрыть в чистоте и порядке. Проходы должны быть свободными, пол, полы - чистые и сухие. Если пол или настил скользкие (покрыт краской), необходимо посыпать эти места песком;

6) производить работы в резервуарах или в опасных местах, после их разгерметизации (снятия крышек люков, проемов), предварительно вентиляции, состава воздушной среды (в том числе на достаточность кислорода в воздухе) и доведение качества воздуха до приемлемых значений параметров;

7) Все очистки и окрасочные работы выполняются с применением материалов, выделяющих токсичные и опасные вещества, в местах, где возможно накопление этих веществ должно производиться только при наличии непрерывно действующей системы вентиляции, обеспечивающей в помещении концентрация вредных веществ не выше ПДК и наличие кислорода не менее 20%;

8) в случаях, когда технически невозможно обеспечить воздухообмен, предназначен для поддержания ПДК, все работники должны использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания;

9) начать работу на лесах, монтаж, платформах и площадках можно только с разрешения непосредственного руководителя после проверки их прочности и наличия ограждения;

10) все виды действующего оборудования, шланги, давления, механических средств необходимо иметь паспорт, действительный эксплуатационных параметров и инструкции по эксплуатации;

11) инструменты и приспособления должны быть в исправном состоянии и соответствовать следующим требованиям: воздушные шланги пневматического инструмента должны быть без повреждений, надежно закреплены на штуцер, связанных с серендахе соски и фиксируются с помощью хомутов; ? электрические и пневматические шлифовальные станки должны иметь защитные ограждения; переносные светильники должны быть заводского взрывозащитного исполнения напряжением не более 12 в;

5.3 Требования во время малярных работ

5.3.1 Требования к безопасности приготовления и хранения лакокрасочных материалов

1) использование новых материалов (в том числе материалов иностранного производства) допускается, если их основные характеристики, показатели токсичности, взрыво-и пожаробезопасности;

2) хранение лакокрасочных материалов на рабочем месте допускается только в готовом к употреблению виде, в плотно закрытой таре, в сумме, не превышающей замена необходимость;

3) переливание лакокрасочных материалов в рабочую емкость будет решен производить на специально оборудованных открытых площадках на металлическом поддоне с бортами;

4) пролил и пролил материалы должны быть немедленно удалены с соблюдением мер безопасности;

5) измельчить и смешать краска должна быть специально отведенном для этой цели помещении оборудована приточно-вытяжной вентиляции;

6) при хранении и приготовлении лакокрасочных материалов запрещается: использовать стальные ломы при прокатке металлических бочек, барабанов; бросать бочки, барабаны при погрузке и выгрузке; хранить материалы в открытой и неисправной таре; пользоваться открытым огнем, пользоваться электронагревательными приборами; добавлять в лакокрасочные материалы компоненты, не соответствующие установленной рецептуре состава или с неизвестными свойствами;

7) при смешивании и заливке красок и растворителей, избегая попадания в глаза, следует надевать защитные очки.

5.3.2 Требования безопасности при очистке и подготовке поверхностей

Следует смачивание очищаемой поверхности

1) очистка поверхностей, покрытых токсичными красками или другими способами, которые уменьшают содержание токсичных веществ в зоне дыхания работающих до приемлемого уровня;

2) химическая очистка корпусных деталей должна производиться в специально оборудованных местах;

3) очистка поверхностей от старых необрастающих красок, содержащих соединения свинца, сурьмы и других ядов, должны быть выполнены при постоянном смачивании очищаемой поверхности и с обязательным использованием средств индивидуальной защиты органов дыхания;

4) запрещается для очистки от старой краски;

5) при очистке поверхности от ржавчины, окалины, старой краски, а также при шлифовке зашпаклеванной поверхности должны быть применены к противопылевых респираторов;

6) удаление нитролаковых, щелочных и других покрытий, обезжиривание поверхностей растворителями производится при естественном освещении или с использованием переносных светильников с напряжением не выше 12 в;

7) в производстве моющих и травильных работ запрещается: удаление старой краски методами нагрева; применять для травления кислоты, содержащие мышьяк или его соединения; работать при неисправной или неработающей приточно-вытяжной вентиляции в помещениях, замкнутых объемах.

5.3.3 Требования охраны труда при окончании окрасочных работах

1) Выполнение окрасочных работ должно быть обеспечено необходимыми и соответствующим оборудованием, инструментов, инвентаря платформ, а также защитных устройств и защитных приспособлений;

2) органы (пистолеты) высоконапорных водоструйных установок пушки должны быть оборудованы устройствами, исключающими их от случайного пуска;

3) во всех случаях окраски распылением рекомендуется применение безвоздушного метода. При окраске пневматическими небулайзерами не использовать краскопульт с простыми трубчатыми соплами. Использование личного защитного оборудования воспроизводится, когда требуется распыление краски;

4) перед началом работы с пистолетом необходимо проверить чистоту его канала и взаимодействие всех частей;

5) для устранения чрезмерного распыления краски необходимо регулировать подачу сжатого воздуха; если регулировка не устраняет чрезмерного распыления, работу нужно остановить и сообщить непосредственному руководителю (мастеру);

6) Вы не можете работать пульверизатором при неисправном манометре или при давлении выше допустимого;

7) окраска мелких деталей пульверизатором производится только в специально оборудованных кабинах с качественной вентиляцией;

8) в процессе нанесения краски необходимо двигаться в направлении потока свежего воздуха, чтобы аэрозоль краски и пары растворителей относились потоками воздуха от работающих;

9) сбой в работе технологического оборудования должна быть заменена. Восстановить его на рабочем месте запрещено;

10) использование пневматического инструмента имеет некоторые ограничения: направлять струю воздуха на людей, на пол или оборудование, использовать сжатый воздух для чистки (обдува) спецодежды; для предотвращения перекручивания, перегибов шланга, пересечения его с тросами, кабелями, ацетиленом и кислородом, шланги; смене рабочего инструмента, установке и других видов обслуживания, когда шланг сжатого воздуха; для перемещения с одного места на другое с работающим инструментом;

11) в местах работы с применением токсичных и опасных веществ, может находиться не менее двух человек. В тех случаях, когда на рабочем месте может быть только один работник, необходимо обеспечить постоянное наблюдение за счет другого лица (наблюдателя), в состоянии, в случае необходимости, оказать помощь рабочему;

12) во время работы в зонах высокого риска и вездесущий наблюдатель должен находиться вне помещения в районе (люка, горловины, выреза) из помещения, где ведутся работы;

13) в случае внезапного прекращения действия системы вентиляции все работы должны быть немедленно прекращены, а люди должны немедленно покинуть помещение;

14) работы могут быть возобновлены только после восстановления действия системы вентиляции, проведения анализа воздушной среды и доведения содержания вредных и опасных веществ до значений, установленных санитарными нормами;

15) включение и выключение светильников и электрооборудования должны выполняться на открытом воздухе;

16) малярные работы на высоте должны выполняться со стабильной прочной платформой или лесов, имеющих ограждения высотой 1,1 м и бортовые доски высотой не менее 0,15 м. Ширина настила на платформе и лесах должна быть не менее 1 метра. Работать на неисправном, недостаточной безопасности лесов и подмостей, переносных лестниц и других неустойчивых приспособлений запрещается;

17) при работе на лесах и подмостях не разрешается: перегружать леса материалом, отходами и др.; для работы на произвольно уложенных досок, плит и т. д.; выпадающем пунктов;

18) ремни безопасности и страховочные тросы должны быть осмотрены работником перед началом работы. К использованию допускаются только пояса и канаты, прошедшие проверку и находящиеся в хорошем состоянии. После подъема на высоту нужно закрепиться карабином или страховочную веревку к прочной конструкции;

19) подъем материалов и инструмента на высоту должен производиться механически. Однако, в некоторых случаях, осуществлять подъем приходится вручную, с помощью каната. Запрещается поднимать инструмент и материалы на подмости и леса при передвижении по лестнице;

20) применение лакокрасочных составов с содержанием свинцовых соединений до 1% допускается при окраске вручную распылением (воздушным, безвоздушным, электростатическим). Применение лакокрасочных материалов с более высоким содержанием свинца возможно при условии обеспечения содержания воздуха свинцовых соединений до уровня ПДК и красочной пыли в количестве не более 5 мг/куб. м;

21) во время распыления эмалей, а также в течение 1 часа после покраски в радиусе 25 м от места окраски не допускается производство любых работ, рабочими других профессий и присутствие посторонних лиц;

22) тара из-под красок, лаков, эмалей, растворителей и других материалов должны периодически очищаться с наружной и внутренней сторон. Очистка контейнеров путем сжигания запрещена;

23) мыть контейнеры, ведра, щетки, опрыскиватели, разрешается только в специально отведенных местах, оборудованных местной вентиляцией. 3.3.24. Пролитые на пол лакокрасочные материалы и растворители должны быть немедленно удалены с опилками и промывают водой и т. д. и уборку эпоксидных лакокрасочных материалов следует бумагой, а затем ветошью, смоченной ацетоном, а затем насыпают место вымыть теплой водой с мылом;

24) лакокрасочных материалов отходы, ветошь после употребления необходимо складывать в специальные ящики, с плотно пригнанными крышками. Лакокрасочные материалы отходы сливать в канализацию запрещается;

25) Не допускается для ручной покраски лакокрасочных материалов, содержащих хлорированные углеводороды и метанол. В случае необходимости нанесения этих лакокрасочных материалов методом кисти, месте работы, должны быть оборудованы эффективной системой вентиляции. Для индивидуальной защиты работник должен использовать средства индивидуальной защиты органов дыхания с подачей чистого воздуха и защитные очки;

26) при производстве малярных работ запрещается осуществлять рабочие действия одновременно на нескольких уровнях по вертикали, тем более без устройства сплошного настила; в качестве растворителей используются и состав для обезжиривания высокотоксичные растворители (метиловый спирт, этилированный бензин, хлороформ, дихлорэтан и др.); окрашивание изделий лаками и эмалями на основе эфиров целлюлозы в качестве растворителя использовать бензол (должен быть заменен толуолом), и применить пиробензола и легким растворителем; применяется путем распыления лакокрасочные материалы, содержащие соединения сурьмы, мышьяка, ртути, меди, хрома, а также составы на основе каменноугольного лака; изменить рекомендуемый технологический порядок нанесения красок, использовать краски с низкой вязкостью, для увеличения расстояния от распылительной головки до окрашиваемой поверхности, использовать другие сопла для повышения давления и т. д., что может привести к увеличению концентрации паров растворителей и краски брызг в воздухе рабочей зоны; наносить лакокрасочное покрытие на поверхности действующих механизмов, а также узлов, которые не отключены от электросети, работать под вращающимися частями машин и станков; использовать неорганические растворители для мытья рук; поставить емкости с краской ближе 10 м от сварочного аппарата.

5.4 Требования для выполнения малярных работ

1) приборы и прочие механизированные инструменты после использования необходимо промыть растворителем и очистить в месте их хранения. Шланги, щетки, валики и т. д. после очистки растворитель можно хранить в металлических шкафах и ящиках;

2) остатки краски, лаки, растворители следует сливать в закрытую тару;

3) После окончания окрасочных работ вентиляция помещений должна продолжаться до практического высыхания последнего слоя.

По окончании работы необходимо:

• убрать краску, ведра, тару, кисти, другой инструмент и средства индивидуальной защиты в установленных местах хранения;

• для очистки рабочего места, закрыть все люки, проемы, где можно снять временные ограждения и знаки безопасности, убрать провода переносного освещения;

• одежда и обувь должны быть убраны в специальный шкаф, в случае загрязнения спецодежды сдать ее в стирку (заменить);

• вымыть руки и лицо теплой водой с мылом или принять душ.



6. Влияние красок на экологию окружающей среды

6.1 Экологические аспекты применения лакокрасочных материалов

Более 80 % продукции в машиностроении, металлообработке и строительстве подвергаются окрашиванию лакокрасочных материалов (ЛКМ), которые являются универсальным, доступным и эффективным способом защиты металлов от коррозии в различных отраслях промышленности.

ЛКМ -- сложные многокомпонентные системы, содержащие пленкообразователи, пигменты, наполнители и др. Органические растворители занимают значительную часть состава большинства ЛКМ. Неорганические соединения, такие как оксиды, соли тяжелых металлы используют, как правило, в качестве пигментов.

При нанесении ЛКМ в окрасочных камерах образуются твердые, пастообразные и жидкие отходы, пары растворителей и вода, насыщенная растворителями. ЛКМ - это не просто композиционные составы, наносимые на отделываемые поверхности, а сложная многокомпонентная система, содержащая смолы, пигменты, наполнители и т. д. Существенным компонентом большинства покрытий являются органические растворители. В качестве красителей обычно используют неорганические соединения: оксиды, соли, тяжелые металлы.