Получение энергосберегающих строительных материалов на основе традиционного сырья и теплоаккумулирующих добавок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Получение энергосберегающих строительных материалов на основе традиционного сырья и теплоаккумулирующих добавок

Проблема сбережения теплоты, рационального использования энергетических и тепловых ресурсов занимает особое место в строительных технологиях. С позиции строительного материаловедения, исследователи стремятся создать материал, имеющий низкую среднюю плотность и пониженную теплопроводность. На основании этого создано большое количество теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных материалов, которые снижают теплопотери через ограждающие конструкции зданий и сооружений, а также изолируют промышленное оборудование и тепловые сети.

На современном строительном рынке существуют различные теплоизоляционные материалы, различающиеся: по виду основного сырья (неорганические и органические), структуре (волокнистые, зернистые, ячеистые), форме (рыхлые, штучные, фасонные, шнуровые) и другим признакам. На практике наиболее часто применяют следующие виды теплоизоляционных материалов: минеральную вату, стекловату, пеностекло, ячеистые бетоны (пенобетон, газосиликат), бетоны на основе легких заполнителей, древесностружечные и древесноволокнистые плиты, пенополиуретан, пенополистирол и другие. Вместе с тем, не смотря на все многообразие теплоизоляционных материалов, каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.

В данной статье мы хотим рассмотреть материал, способный накапливать (аккумулировать) тепловую энергию, а затем отдавать ее в окружающую среду. Возможность аккумулирования тепловой энергии основана на использовании физического или химического процесса, связанного с поглощением и выделением теплоты. К основным из них относятся накопление-выделение внутренней энергии при нагревании-охлаждении твердых или жидких тел, фазовые переходы с поглощением-выделением скрытой теплоты, процесс сорбции-дисорбции или обратимая химическая реакция, протекающая с выделением-поглощением теплоты [2]. Отмеченные процессы реализуются в специальных устройствах - аккумуляторах теплоты (АТ) [3]. Вещества, используемые для накопления тепловой энергии, называются теплоаккумулирующими материалами (ТАМ).

В качестве материала с фазовым переходом чаще всего применяются гидраты солей и органические материалы, в том числе парафины. Ключевым свойством, определяющим эффективность использования ТАМ, является величина изменения энтальпии в интервале температуры использования. В настоящее время наиболее пригодными для аккумулирования теплоты считаются парафины, представляющие собой смесь алифатических углеводородов ряда, также называемые предельными углеводородами. Парафины обладают большой теплотой фазового перехода и низким коэффициентом вязкости, у них отсутствует эффект переохлаждения. Парафин в жидком состоянии - это неполярная жидкость и поэтому не смешивается с полярными, такими, как вода и спирт. Это важно при использовании их в качестве теплоносителей в прямом контакте с ТАМ. Парафины имеют низкую электропроводность, из-за которой их относят к хорошим электроизоляторам. Плотность термических парафинов в жидком состоянии колеблется от 750 до 850 кг/.

Основные физические свойства парафинов различного типа представлены в табл. 1.

строительный аккумулятор теплоноситель энергосберегающий

Таблица 1. Физические свойства парафинов

У них отсутствует эффект переохлаждения. Таким образом, рассматривается теплоаккумулирующий материал, состоящий из полимерного связующего и теплоаккумулирующего вещества, представляющего собой синтезированные микрокапсулы, ядерным материалом которых является парафин, оболочкой - кремнийорганическое соединение [1].

Микрокапсулы ТАМ предназначены для накопления и аккумуляции тепловой энергии за счет фазового перехода (ФП) в области температур 10-50 єС. При этом используется энергетический эффект обратимого фазового преобразования, который позволяет при температуре выше плюс 25-30 єС осуществляют накопление тепла, а при температуре ниже плюс 20 єС - производить отдачу тепла, что способствует созданию эффективных теплосберегающих помещений.

Микрокапсулы ТАМ, как материалы с фазовым переходом, хорошо совместимы с минеральными, силикатными и полимерными вяжущими веществами и предназначены для изготовления различным строительных материалов.

Микрокапсулы ТАМ могут использоваться:

- для существующих строительных объектов в виде внутреннего или внешнего нанесения на элементы стен, потолков, полов;

- для добавления в бетонные смеси, строительные растворы, сухие строительные смеси, лакокрасочные материалы, строительные изделия (стеновой кирпич или камни, панели, пенобетонные блоки, плиты перекрытия и др.);

- в виде теплоаккумулирующей засыпки пустот для пустотелых и многослойных изделий (пустотелый кирпич и камни, многослойные плиты и др.) [1].

Применение микрокапсул с теплоаккумулирующим эффектом в различных строительных материалах или объектах имеет следующие преимущества. Теплоаккумулирующий материал в условиях высокой температуры, например, в течение дня, при солнечном облучении, принимает тепло и отдает его в окружающую среду ночью. В этом случае температурные колебания будут уравновешиваться, что приведет к улучшенному климату жилого помещения.

Конструктивные требования к ТАМ не предъявляются. Важными являются его технические параметры, основные из которых следующие: точка плавления в области температур плюс 20-50 єС; высокая теплота плавления на единицу массы и согласованные характеристики плавления адсорбтива и адсорбента; химическая устойчивость; высокая коррозионная устойчивость; низкая токсичность; малое переохлаждение и устойчивость к перегреву; небольшие изменения объема при фазовом переходе; высокая теплопроводность и теплоемкость.

Такие микрокапсулы ничуть не уступают по своим свойствам передовым теплоизоляционным материалам. Проведем сравнительный анализ нескольких показателей микрокапсул ТАМ и некоторых эффективных теплоизоляционных материалов (табл. 2).

Таблица 2. Сравнительные показатели качества применяемых (традиционных) теплоизоляционных материалов и микрокапсул ТАМ

Из приведенных показателей видно, что микрокапсулы практически ничем не уступают теплоизоляционным материалам. Кроме того у традиционных теплоизоляционных материалов есть свои недостатки. Минеральная вата неспособна держать форму, даже плитный материал монтируют только на обрешетку; склонна к проседанию и слеживанию. Не рекомендуется использовать минеральную вату для утепления вертикальных конструкций; высокая трудоемкость при монтаже.

Пенополистирольные плиты достаточно хрупкий материал, нередко ломаются, крошатся. Пенополистирол подвержен биокоррозии и воздействию мышей и других грызунов. При утеплении пенопластом, придется позаботиться об улучшении вентиляции, иначе может появиться конденсат на стенах, так как этот материал обладает низкой паропроницаемостью.

В итоге хотелось бы сказать, что рассмотренный в статье теплоаккумулирующий материал может составить конкуренцию существующим теплоизоляционным материалам, но требует дополнительного изучения. Прежде всего, это оценки теплофизических свойств при работе в реальных конструкциях, точное определение количества накопленной и отдаваемой тепловой энергии, а также циклов нагревания и охлаждения.

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и правительства Воронежской области в рамках научного проекта №16-43-360174 р_а.

Литература

1. Ю.С. Альбинская, С.М. Усачев, Ф. Ресснер, О.Б. Рудаков Направление создания микрокапсулированных теплоаккумулирующих материалов с фазовым переходом / Научный вестник. Воронежский государственный архитектурно-строительный университет. Серия: Физико-химические проблемы и высокие технологии строительного материаловедения. Выпуск №2 (7), 2013 г. - 21-27 с.

2. Эккерт Э.Р., Дрейк Р.М. Теория тепло - и массообмена. - М.Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 521 с.

3. Физические величины. Справочник / Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Михайлова. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

Размещено на Allbest.ru