CC BY
27УДК 691 : 419 DOI 10.24411/2686-7818-2020-10023
КЛИМАТИЧЕСКАЯ СТОЙКОСТЬ ВАКУУМНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПАНЕЛЕЙ*
© 2020Л.И. Куприяшкина, Д.Л. Карандашов, М.А. Муханов, Д.А. Родькина**
В статье рассмотрено влияние вида оболочки вакуумных теплоизоляционных панелей на теплотехнические характеристики исследуемых образцов. Показано воздействие климатических условий на эксплуатационные характеристики испытуемых вакуумных панелей.
Ключевые слова: вакуумные панели, теплоизоляция, теплопроводности, оболочка.
Теплопроводность - способность материала проводить тепло, является главной технической характеристикой всех видов теплоизоляции. На величину теплопроводности утеплителей влияют габариты, тип, общая плотность материала и расположение пустот [1]. Непосредственное влияние на теплопроводность оказывают влажность и температура материала. Теплоизоляционные материалы должны выдерживать высокие температуры без нарушения структуры, воспламенения и т.д.
Чем ниже характеристика воздухопроницаемости, тем выше термоизолирующие свойства материала [2]. Существуют различные методы определения теплопроводности материалов.
Для определения теплопроводности поверхностным преобразователем применяют измерительный комплекс (рис. 1), состоящий из:
❖ первичного преобразователя, предназначенного для преобразования импульса электрической энергии в тепловую и создания электрического сигнала, характе-
климатическая стойкость, коэффициент
ризующего изменение температуры поверхности материала изделия под воздействием теплового импульса;
❖ вторичного измерительного прибора для регистрации электрического сигнала;
❖ импульсного источника тока с таймером теплового импульса, обеспечивающе-
4
Рис. 1. Блок-схема измерительного комплекса для определения теплопроводности материалов изделий:
1 - исследуемое изделие; 2 - первичный преобразователь; 3 - вторичный измерительный прибор для регистрации электрического сигнала; 4 - импульсный источник тока с таймером теплового импульса; 5 - основание
* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ №1848130001 «Оптимизационное моделирование свойств теплоизоляционных функционально-градиентных изделий на основе минеральных порошков оксида кремния, синтезированного из природного диатомита». Представлена в качестве доклада на XI Академических чтениях РААСН - Международной научно-технической конференции «Долговечность, прочность и механика разрушения строительных материалов и конструкций», посвященной памяти первого Председателя Научного совета РААСН «Механика разрушения бетона, железобетона и других строительных материалов» Почетного члена РААСН, д.т.н., профессора Зайцева Юрия Владимировича (Саранск, ФГБОУ ВО "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва", 2020 год).
** Куприяшкина Людмила Ивановна - кандидат технических наук, доцент, Карандашов Денис Леонидович - магистрант, Муханов Михаил Александрович - магистрант, Родькина Дарина Алексеевна - бакалавр, все - ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва», г. Саранск, Россия.
t)
ЭКСПЕРТ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
2020. № 3 (6)
го нагрев пластины первичного преобразователя.
В качестве вторичного измерительного прибора применяют вольтметр чувствительностью не хуже 1-10-6 В с цифропеча-тающим автономным или встроенным устройством и таймером опроса датчика, задающим интервалы регистрации. Допускается применение других измерительных приборов, удовлетворяющих требованию настоящего стандарта.
Для испытаний отбирают изделия, соответствующие требованиям нормативных документов на эти изделия. Изделия должны иметь плоскую поверхность для размещения первичного преобразователя и обеспечения теплового контакта между ними. Допускается определять теплопроводность на изделиях правильной и неправильной формы.Количество изделий, отбираемых для испытания, устанавл ивают в нормативных документах на эти изделия, но не менее трех.
Для испытаний сыпучих материалов их засыпают в рамку размером 300*300*50 мм, выравнивают поверхность исследуемого материала для создания теплового контакта с размещенным на нем первичным преобразователем. Размер гранул испытываемого сыпучего материала должен быть не более 5 мм. Теплопроводность материалов изделий определяют в сухом и влажном состоянии. Испытания проводят при установившемся тепловом равновесии между иссле-
дуемым изделием, телом первичного преобразователя и окружающей средой, для чего устанавливают первичный преобразователь на поверхность изделия и выдерживают до появления на табло вторичного измерительного прибора установившихся показаний. При испытании изделия толщиной менее 15 см одна из его поверхностей должна находиться в тепловом контакте с поверхностью массивного основания.
Регистрируют установившийся сигнал, поступающий от первичного преобразователя, и включают цифровую печать. Подают тепловой импульс нажатием соответствующей пусковой кнопки. Через равные промежутки времени, автоматически устанавливаемые вторичным измерительным прибором, регистрируют изменение сигнала, пропорционального избыточной температуре поверхности исследуемого изделия. Регистрацию проводят до появления повторяющихся значений. Измерения проводят не менее, чем на пяти участках поверхности исследуемого изделия, в том числе на участках с неоднородными по теплопроводности включениями.
Для определения теплопроводности исследуемых стеновых панелей использовался метод стационарного теплового потока. Он заключается в создании стационарного теплового потока, проходящего через плоский образец определенной толщины и направленного перпендикулярно к лицевым (наибольшим) граням образца, измерении
Рис. 2. Оборудование для определения теплопроводности:
а) морозильная камера марки Р07!Б; б) измеритель плотности тепловых потоков ИПП-2; в) метеостанция У!ТБКУТ-3532 ВК
плотности этого теплового потока, с учетом температуры противоположных лицевых граней и толщины образца.
При проведении эксперимента вакуумная панель помещается в рамку из пенопо-листирола, устанавливаемую в морозильную камеру. На панель с двух сторон устанавливаются метеостанции У!ТБКУТ-3532 ВК, снимающие температуру с поверхностей, а также измеритель плотности теплового потока ИПП-2 (рис. 2).
На основе полученных данных вычисляют коэффициент теплопроводности (X):
О .Л
Л =
где (2 - интенсивность теплового потока, Вт/м2; д - толщина образца;
- температура на внешней поверхности панели, оС;
£ - температура на внутренней поверхности панели, оС.
Используя метод стационарного теплового потока, была рассчитана теплопроводность исследуемых панелей (рис. 3), числовые значения которых приведены в табл. 1.
Рассмотрено влияние условий внешнего климатического воздействия, т.е. температуры и относительной влажности воздуха, давления и солнечной радиации на долговечность разрабатываемых панелей, которые были установлены с помощью обо-
Рис. 3. Образцы исследуемых вакуумных панелей
Таблица 1. Определение коэффициента теплопроводности (ноябрь 2019 г.
№ а и t2 Д т X
1.1 28 2,3 -17,2 9,275 28,79 0,013
1.2 54 2,5 -21,5 8,85 34,79 0,019
2.1 22 1 -18,5 10,25 54,97 0,011
2.2 40 1,1 -18,3 9,625 44,27 0,019
3.1 15 8,4 -11,8 8,35 29,59 0,006
3.2 33 -3,6 -21 9,5 32,10 0,018
4.1 25 -1,8 -20,8 10 44,63 0,013
5.1 50 -3,1 -21,8 12,475 73,48 0,033
fl
ЭКСПЕРТ:
ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА
2020. № 3 (6)
Рис. 4. Испытательный полигон научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва»
рудования научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва». После экспонирования образцов в реальных климатических условиях на натурных стендах испытательной лаборатории (рис. 4) в течение четырех месяцев, были проведены повторные испытания теплопроводности панелей
Анализ показателей теплопроводности выявил:
❖ образец № 1.1 (покрытие - алюминиевая пленка) - показатель теплопроводности практически не увеличился, т.е. образец сохранил свои свойства;
❖ образцы № 1.2; 2.1; 2.2 (покрытие -алюминиевая пленка) - незначительное увеличение теплопроводности;
❖ образцы № 3.1; 4.1 (покрытие - полиэтиленовая пленка) - сильное снижение теплотехнических характеристик;
(табл. 2).
Таблица 2. Определение коэффициента теплопроводности (февраль 2020 г.
№ Q t1 t2 Л m X
1.1 37 5,1 -20,4 9,275 28,79 0,013
1.2 30 -5,8 -20,8 8,85 34,79 0,020
2.1 29 2,8 -21,1 10,25 54,97 0,012
2.2 47 1,3 -19,2 9,625 44,27 0,022
3.1 24 -1 -17,8 8,35 29,59 0,011
3.2 Развакуумирование панели
4.1 43 2,5 -15,5 10 44,63 0,023
5.1 51 -1 -14,4 12,475 73,48 0,047
Усредненные показатели ряда климатических показателей (температура и влажность воздуха, атмосферное давление и солнечная радиация), оказывающих, предположительно, наибольшее влияние на стойкость теплоизоляционных панелей, представлены в табл. 3.
❖ образец № 3.2 (покрытие - полиэтиленовая пленка) - произошло развакуумиро-вание панели.
Из полученных данных следует вывод, что полиэтиленовая пленка обладает более низкой прочностью, вследствие чего про-
Таблица 3. Усредненные климатические показатели
Климатические показатели Неделя Ноябрь (2019 г.) Декабрь (2019 г.) Январь (2020 г.) Февраль (2020 г.)
Температура воздуха, оС 1 +2,84 -2,36 -2,00 -3,63
2 +2,35 -2,93 -6,40 -7,85
3 -2,83 -1,00 -0,61 -1,10
4 -9,22 -5,16 0,37 -1,76
Влажность воздуха, % 1 82,40 91,29 99,38 90,27
2 91,18 94,30 88,22 78,91
3 92,41 99,17 86,18 94,30
4 80,08 95,27 94,09 98,16
Атмосферное давление, мм рт. ст. 1 746,23 742,65 745,24 739,25
2 757, 18 751,35 750,75 751,70
3 770,75 750,91 752,35 749,35
4 763,72 754,85 738,13 736,00
Солнечная радиация, ватт/м2 1 3,25 2,80 3,20 3,35
2 3,60 2,70 3,25 1,15
3 3,15 2,35 2,50 2,10
4 1,05 2,30 3,35 3,50
изошло развакуумирование образца; использование полиэтилена в образцах приводит к повышению теплопроводности по сравнению с образцами, покрытыми оболочкой из алюминиевой пленки.
Библиографический список
1. Селяев В.П., Куприяшкина Л.И., Киселев Н.Н., Селяев П.В. Оптимизация состава наполнителя вакуумной теплоизоляционной панели на основе пирогенного микрокремнезема // Изве-
стия высших учебных заведений. Строительство. - 2017. - № 5. - С. 36-42.
2. Долгов И.П., Киселев Н.Н., Куприяшкина Л.И., Нурлыбаев Р.Е., Селяев В.П. Разработка вакуумных панелей на основе микрокремнезема из на-ноструктурированного порошка частиц диатомита [Электронный ресурс] // Огарев-online. - 2018. -№9. URL: http://journal.mrsu.ru/arts/razrabotka-vakuumnyx-panelej-na-osnove-mikrokremnezema-iz-nanostrukturirovannogo-poroshka-chastic-diatomita (дата доступа 20.04.2020)
Поступила в редакцию 28.04.2020 г.
CLIMATE RESISTANCE OF VACUUM INSULATION PANELS
© 2020 L.I. Kupryashkina, D.I. Karandashov, M.A. Mukhanov, D.A. Rodkina*
The article considers the influence of the type of shell of vacuum thermal insulation panels on the thermal characteristics of the studied samples. The influence of climatic conditions on the performance characteristics of the tested vacuum panels is shown.
Keywords: vacuum panels, thermal insulation, climate resistance, thermal conductivity coefficient, shell.
Received for publication on 28.04.2020
* Kupryashkina Lyudmila Ivanovna - Candidate of Technical Science, Associate Professor, Karandashov Denis Leonidovich - master's student, Mukhanov Mikhail Alexandrovich - master's student, Rodkina Darina Alekseevna - student, Mordovian State University named after N. P. Ogarev (Saransk, Russia).
