В даний час однією з найбільш актуальних проблем є пошук і створення можливостей економного використання ресурсів, за допомогою енергозберігаючих заходів і інженерних рішень щодо реалізації тепло- і технологічних процесів з мінімальними тепловими втратами. Велику роль в цьому грає знання теплофізичних властивостей (ТФВ) теплоізоляційних матеріалів і виробів, які вже використовуються або тільки знаходяться на стадії розробки. Теплова ізоляція застосовується не тільки під час технологічного процесу на підприємствах, але також для ізолювання труб і в побуті для ізоляції внутрішніх і зовнішніх стін, стель і підлоги. Вона широко застосовується в енергетиці, ЖКХ, хімічній, нафтопереробній, металургійній, харчовій та інших галузях промисловості.

Утеплення будинків все частіше стає темою розмов не тільки будівельників і власників нерухомості, але і звичайних громадян, які піклуються про комфортні умови свого мешкання. Недостатня теплова ізоляція є причиною не тільки втрати тепла, а внаслідок цього - зростаючих витрат за опалювання, але і ризику пошкодження стін із-за частого промерзання. Також дуже важливим є питання взаємодії сучасної теплової ізоляції з навколишнім середовищем, пошук матеріалів, які відповідатимуть екологічним вимогам і вимогам соціального комфорту.

Основною метою роботи є дослідження теплотехнічних і фізікотехнічних захисних властивостей теплоізоляційних матеріалів і підвищення енергоефективності їх використання. Одним з практичних результатів досліджень є складання характеристичного рівняння, яке дозволило б в будь-якій місцевості при будь-яких кліматичних умовах, для будь-якої будівлі вибрати найбільш відповідний теплоізоляційний матеріал і розрахувати його оптимальну товщину. Це дозволило б значно скоротити час на пошуки матеріалів, а також отримати економічну вигоду від закупівлі необхідної сировини без надлишок.

Передбачувана наукова новизна роботи полягає в наступному

1. Встановлено, що теплоізоляція будівельних конструкцій повинна бути запроектована так, щоб виконувати покладені на неї функції протягом всього життєвого циклу конструкції

2. При проектуванні теплової ізоляції пропонується обов'язково описувати способи укладання і захисту теплоізоляційних матеріалів для забезпечення заданої теплопровідності. При цьому ізоляційний матеріал повинен заповнювати весь передбачений проектом об'єм і витримувати навантаження, що виникають як при укладанні, так і в процесі експлуатації. При необхідності проект повинен містити опис способів заповнення стикувальних швів.

3. Аналіз стану конструкцій теплової ізоляції на натурних об'єктах показав, що шар теплоізоляційного матеріалу з підвітряного боку будівлі необхідно захищати від вітру. Вітрозахисний шар повинен покривати весь ізоляційний матеріал і бути настільки щільним, щоб перешкоджати проникненню в будівельні конструкції або крізь них повітряних потоків, що істотно знижує ізоляційні властивості матеріалу. Особливу увагу слід звернути на місця з'єднання зовнішніх стін і стін фундаменту, зовнішніх стін і горищних перекриттів, на кути зовнішніх стін і коробки отворів.

4. Встановлено, що якщо в багатошаровій конструкції паропроніцаємість шарів, що захищає, зменшується у міру руху від теплої сторони до холодної, існує небезпека накопичення усередині конструкції вологи, що конденсується. Для мінімізації цього ефекту на теплій стороні огорожі влаштовують спеціальний пароізоляційний бар'єр, паропроніцаємість якого не менше ніж в кілька разів вище, чим у зовнішніх шарів. Шви і з'єднання пароізоляційного бар'єру повинні бути загерметизовані.

5. Розроблені рекомендації по виконанню теплоїзляционних конструкцій будівель, що захищають. Вони повинні бути спроектовані так, щоб створити якомога сприятливіші умови для вільного виходу за їх межі пари неминуче проникаючої в ізоляційний матеріал вологи. При необхідності захисту теплоізоляційних матеріалів від вітру або атмосферної вологи доцільно використовувати спеціальні "дихаючі" мембрани, прозорі для виходу водяної пари.

6. В результаті натурних досліджень встановлено, що багато негативних явищ, що виникають в багатошарових конструкціях (цвіль, гнилизна, формальдегід, радон і ін.), що захищають, як правило, пов'язано з вогкістю. Застава надійної роботи конструкції, що захищає, - облік на стадії проектування всього комплексу питань тепломассопереноса

Великий внесок до науки теплофізичних досліджень додали вчені: В.Е. Мікрюков, А.В. Ликов, Н.Ю. Тайц, В.В. Курепін, Г.Н. Дульнев, Г.М. Кондратьев, Е.С. Платунов, Л.П. Філіпов, П.В. Черпаков, А.Г. Шашков, С.Ф. Чистяков, Н.С. Мецик, В.В. Іванов, Г.П. Бойков, Ю.В. Відін, Г.А. Лущаєв і багато інших. Їх роботи покладені в основу розробки поставленого питання. До зарубіжних учених, праці яких були використані при дослідженні, відносяться Берман і Уайт, Копп і Слек, Лаубітц, Мак-Елрой і Мур, Ангрстрем, Хоулінг, Мендоза, Циммерман, Грін, Коулес, Пауел, Данієлсон, Сидлс, Флінп і багато інших.

Згідно аналізу результатів досліджень, отриманих цими і багатьма іншими авторами, до перспективних напрямів розвитку теплової ізоляції слід віднести наступне:

1 Впровадження в практику проектування і будівництва нових ефективних теплоізоляційних матеріалів і конструктивних технічних рішень, які забезпечують зниження теплових втрат в конструкціях будівель, що захищають. У конструкціях теплової ізоляції необхідно розширювати застосування сучасних високоефективних теплоізоляційних виробів. Порівняно висока вартість, наприклад, пінополіуретанової ізоляції, компенсується високою теплотехнічною ефективністю, експлуатаційною надійністю і довговічністю.

2 Розробка методик і проведення досліджень за визначенням експлуатаційної надійності і довговічності теплоізоляційних матеріалів і конструкцій. Довговічність і експлуатаційна надійність теплоізоляційних матеріалів в конструкціях теплової ізоляції в захищаючих конструкціях будівель повинні визначатися залежно від виду конструкцій і умов експлуатації на підставі довгодіючих спостережень і обстежень експлуатованих конструкцій.

3 Удосконалення нормативної бази в області промислової і будівельної теплової ізоляції; прискорення розробки «Технічних регламентів» і «Національних стандартів в області теплової ізоляції і теплоізоляційних матеріалів»; гармонізація з міжнародними стандартами. Розробка загальних вимог і проведення випробувань матеріалів по ідентичних методиках сприятиме ефективнішому їх використанню як в Україні, так і за кордоном.

4 Організація систематичного контролю за виконанням вимог нормативної документації в області теплової ізоляції в промисловості і будівництві. Розширення номенклатури споживаних теплоізоляційних матеріалів і збільшення кількості проектних, будівельних і монтажних організацій, які виконують теплоізоляційні роботи, вимагають впровадження системи організації контролю ефективності ухвалюваних технічних рішень і якості виконуваних робіт. Необхідно організувати моніторинг об'єктів з тепловою ізоляцією, проведення натурних спостережень, збір, аналіз і узагальнення інформації про експлуатаційні властивості нових теплоізоляційних матеріалів, використовувуємих в конструкціях теплової ізоляції.

Наприкінці слід сказати, що підвищення енергоефективності ізольованих об'єктів, удосконалення нормативної бази, а також методів і засобів розрахунку і проектування теплової ізоляції, розширення номенклатури і підвищення якості вживаних теплоізоляційних матеріалів є реальним внеском у вирішення проблем енергозбереження і економії паливно-енергетичних ресурсів в енергетиці, промисловості і ЖКХ України.

Теплоізоляційні матеріали (ТІМ) - це будівельні матеріали і вироби, призначені для теплової ізоляції конструкцій будівель і споруд, а також різних технічних застосувань. Основна особливість теплоізоляційних матеріалів - їх висока пористість, як наслідок - мала середня щільність і низька теплопровідність.

Застосування теплоізоляційних матеріалів в будівництві дозволяє понизити масу конструкцій, зменшити споживання конструкційних будівельних матеріалів (бетон, цеглина, деревина і ін.). ТІМ істотно покращують комфорт в житлових приміщеннях. Найважливішою метою теплоізоляції будівельних конструкцій є скорочення витрати енергії на опалювання будівлі.

Основний шлях зниження енерговитрат на опалювання будівель лежить в підвищенні термічного опору конструкцій, що захищають, з допомогою ТІМ.

Основні технічні характеристики
Властивості теплоізоляційних матеріалів характеризуються наступними основними параметрами. Найважливішою технічною характеристикою теплоізоляційних матеріалів є теплопроводність - здатність матеріалу передавати теплоту крізь свою товщу, оскільки саме від неї безпосередньо залежить термічний опір конструкції, що захищає. Кількісно визначається коефіцієнтом теплопровідності λ. На величину теплопровідності теплоізоляційних матеріалів впливають щільність матеріалу, вигляд, розміри і розташування пор (порожнеч) і так далі. Сильний вплив на теплопровідність надає також температура матеріалу і особливо його вологість. В більшості випадків коефіцієнт теплопровідності для різних матеріалів визначається опитним шляхом. Відомий ряд методів експериментального визначення коефіцієнта теплопровідності. Більшість з них заснована на вимірюванні теплового потоку і градієнта температур в заданій речовині. Коефіцієнт теплопровідності при цьому визначається із співвідношення

З рівняння виходить, що коефіцієнт теплопровідності чисельно рівний кількості тепла, яке проходить в одиницю часу через одиницю ізотермічної поверхні при температурному градієнті, рівному одиниці.

Оскільки тіла можуть мати різну температуру, а за наявності теплообміну і в самому тілі температура буде розподілена нерівномірно, то в першу чергу важливо знати залежність коефіцієнта теплопровідності від температури. Досліди показують, що для багатьох матеріалів з достатньою для практики точністю залежність коефіцієнта теплопровідності від температури можна прийняти лінійною:

де λ₀ – значення коефіцієнта теплопроводності при температурі t₀;

b – постійна, яку визначають опитним шляхом

У діелектриках з підвищенням температури коефіцієнт теплопровідності зазвичай збільшується (див. малюнок 1). Як правило, для матеріалів з великою об'ємною щільністю коефіцієнт теплопровідності має вище значення. Він залежить також від структури матеріалу, його пористості і вологості. Із-за пористості будови теплоізоляційних матеріалів застосування закону Фурье до таких тіл є певною мірою умовним. Наявність пір в матеріалі не дозволяє розглядати такі тіла як суцільне середовище. Умовною є також величина коефіцієнта теплопровідності пористого матеріалу. Ця величина має сенс коефіцієнта теплопровідності деякого однорідного тіла, через яке при однаковій формі, розмірах і температурах на межах проходить та ж кількість тепла, що і через дане пористе тіло. Коефіцієнт теплопровідності порошкоподібних і пористих тіл сильно залежить від їх об'ємної щільності. Наприклад при зростанні щільності від 400 до 800 кг/м³ коефіцієнт теплопровідності азбесту збільшується від 0,105 до 0,248 Вт/м•град. Такий вплив щільності на коефіцієнт теплопровідності пояснюється тим, що теплопровідність повітря, що заповнює пори, значно менша, ніж твердих компонентів пористого матеріалу.

λ, Вт/м•град

Малюнок 1 –- Залежність коефіцієнта теплопровідності від температури

Ефективний коефіцієнт теплопровідності пористих матеріалів сильно залежить також від вологості. Наприклад, для сухої цеглини λ=0,35, для води λ=0,60, а для вологої цеглини λ=1,0 вт/м•град. . Цей ефект може бути пояснений конвективним перенесенням теплоти, що виникає завдяки капілярному руху води усередині пористого матеріалу і частково тим, що зв'язана волога абсорбції має інші характеристики в порівнянні з вільною водою. Коефіцієнт теплопровідності будівельних і теплоізоляційних матеріалів має значення, яке лежить приблизно в межах від 0,023 до 2,9вт/м•град. Матеріали з низьким значенням теплопровідності зазвичай і застосовуються для теплової ізоляції і називаються теплоізоляційними.

Щільність - відношення маси сухого матеріалу до його об'єму, визначеного при заданому навантаженні (кг/м³).

Міцність на стиснення - це величина навантаження (КПа), що викликає зміну товщини виробу на 10%.

Стисливість - здатність матеріалу змінювати товщину під дією заданого тиску. Стисливість характеризується відносною деформацією матеріалу під дією навантаження 2 КПа.

Водопоглинання - здатність матеріалу вбирати і утримувати в порах (порожнечах) вологу при безпосередньому контакті з водою. Водопоглинання теплоізоляційних матеріалів характеризується кількістю води, яка вбирає сухий матеріал при витримці у воді, віднесеним до маси або об'єму сухого матеріалу. Для зниження водопоглинання провідні виробники теплоізоляційних матеріалів вводять в них гідрофобізірующиє добавки.

Сорбційна вологість -рівноважна гігроскопічна вологість матеріалу за певних умов протягом заданого часу. З підвищенням вологості теплоізоляційних матеріалів підвищується їх теплопровідність.

Морозостійкість - здатність матеріалу в насиченому вологою стані витримувати багатократне поперемінне заморожування і відтавання без ознак руйнування. Від цього показника істотно залежить довговічність всієї конструкції, проте, дані по морозостійкості не наводяться в ГОСТ або ТУ.

Паропроніцаємість - здатність матеріалу забезпечувати дифузійне перенесення водяної пари. Дифузія пари характеризується опором паропроніцаємості (кг/м²•ч•Па). Паропроніцаємость теплоізоляції (ТІМ) багато в чому визначає влагоперенос через конструкцію, що захищає, в цілому. У свою чергу останній є одним з найбільш істотних чинників, що впливають на термічний опір конструкції, що захищає. Щоб уникнути накопичення вологи в багатошаровій конструкції, що захищає, і пов'язаного з цим падіння термічного опору паропроніцаємость шарів повинна рости в напрямі від теплої сторони огорожі до холодної.

Повітропроницаемість. . Теплоізолюючі властивості тим вище, чим нижче повітропроницаємість ТІМ. М'які ізоляційні матеріали настільки добре пропускають повітря, що руху повітря доводиться запобігати шляхом застосування спеціального вітрозахисту. Жорсткі вироби, у свою чергу, володіють хорошою повітронепроницаємістю і не потребують будь -яких спеціальних заходів. Вони самі можуть застосовуватися як вітрозахист. При пристрої теплоізоляції зовнішніх стін і інших вертикальних конструкцій, що піддаються натиску вітру, слід пам'ятати, що при швидкості вітру 1 м/с і вище доцільно оцінити необхідність вітрозахисту.

Вогнестійкість - здатність матеріалу витримувати дію високих температур без займання, порушення структури, міцності і інших його властивостей.

По групі горючості теплоізоляційні матеріали підрозділяють на горючі і негорючі. . Це є одним з найважливіших критеріїв вибору теплоізоляційного матеріалу.

ВИСНОВКИ

1. Теплова ізоляція визначає технічну можливість і економічну ефективність реалізації більшості технологічних процесів. Вона широко застосовується в енергетиці, ЖКХ, хімічній, нафтопереробній, металургійній, харчовій та інших галузях промисловості.

2. Оптимальне використання теплоізоляційних матеріалів неможливе без достовірної інформації про їх властивості, зокрема теплофізичні. Однією з важливих характеристик є коефіцієнт теплопровідності - фундаментальна характеристика речовин і матеріалів

3. . Розробка нормативів технологічних втрат при передачі тепловій енергії є першою ланкою в справі проведення цілеспрямованої енергозбережної політики і впорядкування тарифів для населення. Система нормування, що склалася, не дозволяє враховувати ряд чинників, що визначають ефективність роботи систем теплопостачання. Правильнішим в сучасних умовах представляється перехід до практики гнучкого нормування, що враховує кон'юнктуру цін на теплову енергію і теплоізоляційні матеріали в даній області, а також специфіку умові експлуатації теплоізоляційних конструкцій. У роботі буде отримано рівняння сукупних витрат (Z), до якого увійдуть всі економічні, експлуатаційні і кліматичні чинники, а також питомі теплові втрати(q) на 1 м² ізольованої стіни будівлі.

В результаті науково-дослідної роботи були зібрані і вивчені матеріали з питань, пов'язаних з темою магістерської роботи: розглянуті питання використання теплоізоляційних матеріалів різного типу, досліджені їх теплофізичні характеристики і властивості залежно від різних експлуатаційних і кліматичних чинників, також йде розробка і виготовлення експериментальної установки для отримання власних результатів в даній області.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Energy Management Handbook by Wayne C. Turner/ - 2nd ed./Shcool of Industrial Engineering and Management/Oklahoma State University, Stillwater, Oklahoma. - 627p.

2. Мацевитий Ю.М. Теплофізичні характеристики композиційних матеріалів у широких діапазонах температур і швидкостей нагріву: Автореферат дисертації наукового ступеня доктора технічних наук, Д 26.224.01. - Захищена 7.11.06. - Київ, 2006.

3. Кісіль І.С. Розробка засобів контролю теплопровідності матеріалів для теплоізоляції та тепловідводу: Автореферет дисертації на здобуття наукового ступеня кандидита технічних наук, Д 35.052.04. - Захищена 29.07.00. - Львів, 2000.

4. Беляев Н.М. Методы теории теплопроводности. Уч. пособие для ВУЗов. - М.: Высшая школа, 1982г.

5. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред. Лыкова А.В. - М., «Энергия», 1973г.

6. Чиркин В.С. Теплопроводность промышленных материалов. Изд-е 2-е, переработанное и дополненное МАШГИЗ. - М.,1962. - 247 стр.

7. Теория и техника теплофизического эксперимента: Уч. пособие для ВУЗов/ Ю.Ф.Гортышев, Ф.Н.Дресвянников. - М.: Энергоатомиздат, 1985.- 360с.

8. Хижняков С.В. Практические расчеты тепловой изоляции: (Для промышленного оборудования и трубопроводов)/ С.В.Хижняков. - 3-е изд., перераб. - М.: «Энергия», 1976г. - 200с.

9. ГОСТ 12.1.004-91 Пожарная безопасность. Общие требования УДК 61484:006.354 Дата введения 01.07.92

10. ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения Утверждён: 12.12.1989

11. ГОСТ Р 12.3.047-98 Пожарная безопасность технологических процессов Утверждён: 01.01.1998

12. ГОСТ 30244-94 Материалы строительные. Методы испытаний на горючесть. Дата введения с 1 января 1996 г.

13. ГОСТ 30247-94 Конструкции строительные. Методы испытаний на огнестойкость. Общие требования.

14. СНиП 2.04.14-88 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.

15. ДБН Д.2.2.26-99. Теплоизоляционные работы.

16. ДБН Д 2.4-19-2000. Изоляционные работы.

17. Минеральная (каменная) вата - лидеры рынка Rockwool и Paroc: плюсы и минусы http://www.arma-team.ru/article4.html] 23 11 2008 19 50

18. Маты из минеральной ваты-Энергосбережение, обеспечение, независимость-Строительство и архитектура http://www.first-realty.com.ua/art/11/509.html 20-20, 23.11.2008

© DonNTU 2009 Pigildina Victoriya.

Біографія    Автореферат    Електронна бібліотека      Каталог посилань     Індивідуальне завдання