Расчетно-экспериментальные исследования влияния влажности на теплофизические свойства строительных и теплоизоляционных материалов

Схемы и порядок выполнения экспериментов по выявлению зависимости теплопроводности от относительной влажности образцов из минеральной ваты:

1. На рисунке 2.6 показан метод определения линейных размеров при помощи металлической линейки ГОСТ 427-75.

Рисунок 2.6 - Определение линейных размеров образцов



2. Определение толщины образца при помощи конструктивной особенности прибора ИТС-1 и штангенциркуля ГОСТ 166-89 показано на рисунке. Сначала определяется высота от верхнего края прибора до прижимной плиты без образца, а затем с образцом. Разница высот и будет толщиной образца. Определение толщины образца (рисунок 2. 7) необходимо для определения теплопроводности образца.

Рисунок2.7 - Определение толщины образца

3. На рисунке показан способ определения массы образца из каменной ваты при помощи электронных весов ГОСТ Р 53228-2008.

Рисунок 2.8 - Определение массы образца из минеральной ваты

4. На рисунке 2.9 изображен способ увлажнения образцов из каменной ваты до определенной влажности. Сначала образец при помощи распылителя воды увлажняют равномерно со всех сторон, после чего убирают в герметичный пакет типа “зиплок” с контролем вскрытия. Влага благодаря герметичности пакета равномерно распределяется по образцу, для улучшения процесса образец необходимо разместить на радиаторе.



Рисунок 2.9 - Увлажнение образца из минеральной ваты

5. Теплопроводность каждого образца проверяют сначала в сухом состоянии не менее пяти раз, а также в увлажненном состоянии также не менее пяти раз. Способ определения теплопроводности указан на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 - Определение теплопроводности образца из минеральной ваты

2.5 Результаты расчетно-экспериментальных исследований

В таблице 2.1 приведены результаты измерений и вычислений по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности минеральной ваты. На основании данных таблицы 2.1 строится график зависимости теплопроводности минеральной ваты от относительной влажности (рисунок 2.11).

Таблица 2.1 - Результаты измерений и вычислений по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности

№ п/п	Показатели	Увлажне-ние, %	ОПЫТ 1
			2,1	2,2	2,3	3,1	3,2	3,3	4,1	4,2	4,3
1	Масса образца, г	0	20,2	20	21,4	20,3	21,9	19,2	18	17,9	19,3
2	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0315	0,0255	0,0322	0,0278	0,0306	0,0291	0,0275	0,0306	0,028
4	Масса образца, г	5	21,21	21	22,47	21,3	23	20,2	21,3	23	20,2
5	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0308	0,0303	0,0383	0,0346	0,0382	0,0396	0,0384	0,0317	0,0372
7	Масса образца, г	10	22,2	22	23,5	22,3	24	21,1	19,8	19,7	21,2
8	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0403	0,0406	0,0409	0,0405	0,0442	0,0421	0,0404	0,0517	0,0425
10	Масса образца, г	15	23,2	23	24,6	23,4	21,2	22,1	20,7	20,6	22,2
11	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0511	0,0537	0,0529	0,0539	0,0541	0,0449	0,0523	0,0633	0,0544
1	Масса образца, г	0	20,2	20	21,4	20,3	21,9	19,2	18	17,9	19,3
2	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0308	0,0278	0,0328	0,0281	0,0315	0,0309	0,0287	0,0313	0,0266
4	Масса образца, г	5	21,21	21	22,47	21,3	23	20,2	21,3	23	20,2
5	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0318	0,0311	0,0397	0,0369	0,0375	0,0323	0,0391	0,0325	0,0384
7	Масса образца, г	10	22,2	22	23,5	22,3	24	21,1	19,8	19,7	21,2
8	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0422	0,0417	0,0423	0,0417	0,0457	0,0437	0,0483	0,0493	0,0447
10	Масса образца, г	15	23,2	23	24,6	23,4	21,2	22,1	20,7	20,6	22,2
11	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,053	0,0541	0,0548	0,0527	0,0558	0,0557	0,0517	0,0638	0,0593
1	Масса образца, г	0	20,2	20	21,4	20,3	21,9	19,2	18	17,9	19,3
2	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0316	0,0299	0,0322	0,0282	0,0326	0,0312	0,0259	0,0319	0,0278
4	Масса образца, г	5	21,21	21	22,47	21,3	23	20,2	21,3	23	20,2
5	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0324	0,0324	0,0402	0,0378	0,0363	0,0378	0,0359	0,0348	0,0357
7	Масса образца, г	10	22,2	22	23,5	22,3	24	21,1	19,8	19,7	21,2
8	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0431	0,0421	0,0437	0,0422	0,0468	0,0413	0,0501	0,0509	0,0413
10	Масса образца, г	15	23,2	23	24,6	23,4	21,2	22,1	20,7	20,6	22,2
11	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0422	0,0543	0,0553	0,0523	0,0567	0,0564	0,0529	0,0641	0,0518
№ п/п	Показатели	Увлажне-ние, %	ОПЫТ 4
			2,1	2,2	2,3	3,1	3,2	3,3	4,1	4,2	4,3
1	Масса образца, г	0	20,2	20	21,4	20,3	21,9	19,2	18	17,9	19,3
2	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0327	0,0305	0,0329	0,0274	0,0324	0,0342	0,026	0,0321	0,0279
4	Масса образца, г	5	21,21	21	22,47	21,3	23	20,2	21,3	23	20,2
5	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0329	0,033	0,0413	0,0381	0,0374	0,0394	0,0366	0,0361	0,0369
7	Масса образца, г	10	22,2	22	23,5	22,3	24	21,1	19,8	19,7	21,2
8	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0458	0,0427	0,0469	0,0454	0,0486	0,0437	0,0543	0,0523	0,0429
10	Масса образца, г	15	23,2	23	24,6	23,4	21,2	22,1	20,7	20,6	22,2
11	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0581	0,0558	0,0518	0,0507	0,0539	0,0587	0,0558	0,0657	0,0527
1	Масса образца, г	0	20,2	20	21,4	20,3	21,9	19,2	18	17,9	19,3
2	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0325	0,0329	0,033	0,0279	0,0327	0,0315	0,0263	0,0329	0,028
4	Масса образца, г	5	21,21	21	22,47	21,3	23	20,2	21,3	23	20,2
5	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0322	0,0338	0,0429	0,0383	0,0397	0,0365	0,0371	0,0359	0,0378
7	Масса образца, г	10	22,2	22	23,5	22,3	24	21,1	19,8	19,7	21,2
8	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0464	0,0432	0,0484	0,0467	0,0478	0,0429	0,0567	0,0536	0,0481
10	Масса образца, г	15	23,2	23	24,6	23,4	21,2	22,1	20,7	20,6	22,2
11	Толщина образта, мм		17,5	17,25	18	16,25	18,5	18,75	15,5	16,75	14,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0598	0,0562	0,0541	0,0548	0,0558	0,0602	0,0579	0,0661	0,0532

Рисунок 2.11 - Индикаторная диаграмма значений теплопроводности в зависимости от относительной влажности (слева); график зависимости теплопроводности от относительной влажности минеральной ваты (справа)

Для описания можно предложить полиномиальная функция второй степени типа л=0,0002w² +0,0055w+0,1501 с величиной достоверности аппроксимации 0,9992. Как видно из графика, при возрастании влажности минеральной ваты также возрастает и ее теплопроводность. Этот процесс объясняется тем, что влага замещает воздух, расположенный между волокнами ваты, а теплопроводность воды гараздо больше, чем у воздуха.



3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ ПЛИТ НА ОСНОВЕ ТОРФА

3.1 Описание теплоизоляционного материалы

3.1.1 Общее сведение

Торфяные плиты - изготовляют в виде плит, скорлуп и сегментов. Сырьем для их производства служит малоразложившийся верховой торф, имеющий волокнистую структуру, что благоприятствует получению из него качественных изделий путем прессования.

Рисунок 3.1. Плиты на основе торфа

В зависимости от начальной влажности торфяной массы различают два способа изготовления плит: мокрый (влажность 90...95%) сухой (влажность около 35%). В настоящее время преимущественное распространение получил мокрый способ, обеспечивающий лучшее качество изделий.

Мокрый способ получения торфоплит заключается в смешивании измельченного торфа с большим количеством воды и последующем удалении ее при прессовании и сушке изделий. Вода гидромассы придает пластичность волокнам торфа, способствует образованию равно плотного волокнистого каркаса и лучшей свойлачиваемости. Также, вода способствует водному гидролизу углеводов торфа при нагревании. Образующиеся водорастворимые продукты гидролиза повышают связность волокон торфа и тем самым прочность плит.

При сухом способе производства требуется меньше тепла на сушку, чем при мокром. Торфяные теплоизоляционные плиты характеризуются однородной волокнистой структурой мелкопористого строения с открытыми сообщающимися порами. Абсолютные значения пористости торфяных плит колеблются в пределах 84-91%.

Подготовка сырья: важная технологическая операция, влияющая на качество изделий. Торф - сырец, доставляемый на предприятие с торфоразработок, должен иметь однородную массу и характеризоваться необходимой степенью разложения. Для этого в сырьевом отделении предприятия его усредняют, добавляя по необходимости торф различных возрастов, здесь же из торфа удаляют древесные и другие включения. Затем торф дробят (“расчесывают”) для увеличения удельной поверхности волокон. Эту операцию осуществляют в волк-машине, работающей по принципу зубчатой валковой дробилки. Зубчатые барабаны, вращаясь навстречу друг другу с различной окружной скоростью, превращают куски торфа в торфяную крошку.

Приготовление торфяной гидромассы включает следующие операции:

а) Измельченный в волк-машине торф поступает в варочные котлы, в которых происходят за творение его водой, тепловая обработка при температуре 50... 55°С (варка гидромассы) и пропитка ее химическими веществами для улучшения качества изделий. Высокое водозатворение торфяной крошки (концентрация торфа в гидромассе не более 6%) способствует дополнительному расщеплению торфа на отдельные волокна, обеспечивает наибольшую однородность смеси и равно плотность получаемых изделий, а также получение мелкопористой структуры торфяных плит. Варка гидромассы заключается в прогреве ее острым паром и выдерживании при заданной температуре в течение 20... 30 мин. При этом обеспечивается улучшение условий расщепления волокон торфа и усиление свертывания коллоидов, что существенно облегчает обезвоживание плит при формовании и сушке. Для улучшения качества торфоплит в процессе варки гидромассы в нее вводят гидро - фобизаторы (4... 5% по массе, считая на сухой торф), антисептики (2 ...2,5%) и антипирены (10... 15%).

б) Формование торфяных плит осуществляют в гидравлических прессах преимущественно карусельного типа. Для прессования используют металлические формы с сетчатыми поддонами. Удельное давление прессования обычно составляет 0,2 МПа. В начальный момент прессования вся внешняя нагрузка воспринимается водой гидромассы. Затем вода отфильтровывается и внешняя нагрузка начинает воздействовать непосредственно на частицы торфа. В конце процесса прессования отжим воды прекращается, и вся внешняя нагрузка воспринимается твердой фазой (торфом).

При интенсивном прессовании воздух, находящийся в торфяной массе, сжимается и способствует ускорению отжима воды, а сам, будучи в защемленном состоянии, не успевает удалиться. С увеличением продолжительности прессования часть защемленного воздуха замещается водой, количество газовой фазы в плите уменьшается, а влажность отпрессованной плиты увеличивается. Использование интенсивного прессования (кратковременного) вследствие имеющегося при этом упругого последействия воздуха позволяет существенно снижать влажность плит и сокращать расход теплоты на их сушку. Поэтому интенсивный режим прессования плит предпочтителен.

в) Тепловая обработка торфяных плит осуществляется для снижения их влажности с 80... 85 до 5... 10% путем испарения воды сушкой. При этом отдельные волокна торфа, сближаясь, склеиваются в местах контактов выделяющимися из торфа смолообразными продуктами. Сушат торфоплиты на поддонах в туннельных сушилках при максимальной температуре теплоносителя (воздуха или газовоздушной смеси) 150... 160°С. Продолжительность сушки торфоплит зависит от их начальной влажности и составляет 24... 32 ч. Расходы на сушку в общем балансе себестоимости составляют от 18 до 22%.

г) Обработку плит осуществляют после сушки. Торфоплиты отправляют на склад, где они остывают и приобретают присущую им равновесную влажность 12... 15%. Затем их сортируют и обрезают неровные кромки. В случае изготовления пакетов плиты склеивают, нанося на поверхность расплавленный битум и сжимая плиты в винтовом прессе. Склеивая таким образом 2-3 плиты, получают пакеты толщиной 60-90 мм.

Применение:

- Теплоизоляция ограждающих конструкций зданий III класса и сооружений;

- Тепловая изоляция поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов при температуре от - 60 до + 100°С.

3.1.2 Теплофизические и механические свойства торфяных плит

Торфяные плиты, помимо теплофизических свойств обладает также другими свойствами, такими как механические и делают их наиболее распространенным органическим теплоизоляционным материалом: пористость плит колеблется в пределах 84-91%; водостойкость - не более 50% за сутки; трудносгораемость с температурой самовоспламенения более 300 °С; прочность при изгибе составляет 0,3-0,5 МПа, что обеспечивает удовлетворительные условия для их транспортирования и монтажа; плотность готовых изделий относят к группе высокоэффективных теплоизоляционных материалов; биостойкие; органические; морозостойкие.

Коэффициент теплопроводности торфяных плит в сухом состоянии составляет 0,052-0,075 Вт/м°С, который зависит от: а) пористости материала; б) толщины исследуемого образца; в) плотности или объемной массы материала; г) влажности внутреннего и наружного воздуха; д) гигроскопичности объекта исследования. Это объясняется их смешанной мелкопористой структурой и органическим происхождением твердой фазы.

Для улучшенной теплопроводности необходимо выполнить подбор оптимальных пропорций между связующим, наполнителем и торфом с целью получения образца низкой пористости, улучшенной теплопроводностью, водо- и влагопоглощением, высокой морозостойкостью, огнестойкостью и низкой токсичностью.

В связи с этим, далее в работе будут рассмотрены теплофизические и механические характеристики торфяных теплоизоляционных плит, изготовленные в Ханты-Мансийском автономном округе - Югра и в лабораторных условиях Вологодского государственного университета.

3.2 Торфяные теплоизоляционные плиты (производство технопарк высоких технологий Автономного учреждения Ханты-Мансийского автономного округа - Югра)

Технопарком высоких технологий Автономного учреждения Ханты-Мансийского автономного округа - Югра были присланы образцы торфяных плит для исследования зависимости коэффициента теплопроводности от относительной влажности. На рисунке 3.2 представлен образец теплоизоляционной плиты, а в таблице 3.1 представлен процентный состав этих плит.

Рисунок 3.2 - Торфяная плита



Таблица 3. 1 - Состав теплоизоляционных торфяных плит

Состав	Кол-во, %
Торф верховой	55-65
Сосновые опилки	25-30
Вода	10-15

Торфяные теплоизоляционные плиты были изготовлены технологическим процессом, который осуществлялся установкой для автогидролиза и был применен метод взрывного автогидролиза. На рисунке 3.3 показана схема установки.

Рисунок 3.3 - Установка для автогидролиза состоит из: 1 - загрузочное устройство; 2 - входной шнек; 3 - центральный шнек; 4 - перфорированный вал; 5 - парогенератор; 6 - реактор; 7 - выходной шнек; 8 - клапан сброса давления; 9, 10, 11 - сборник продукта, выполненного в виде трех вертикальных резервуаров, каждый из которых оснащен в нижней части горизонтальным шнеком - 12; в верхней части емкостью с растворителями - 13; 14 - система орошения; 15 - сборник отработанного раствора; 16 - пневматическая сушильная камера; 17 - калорифер; 18 - вентилятор; 19 - циклон; 20 - линия отвода отработанных растворов; 21 - приемник отработанных растворов; 22, 23,24,25,26 - регулирующие вентили; 27 - шиберная заслонка; 28 - центробежный насос; 29 - приемник готового продукта. Валы шнеков соединены с электродвигателями 30, 31, 32 через редукторы 33, 34, 35, реактор оснащен рубашкой 36 и шлюзовой камерой 37. Пневматическая сушильная камера оснащена механическим размешивающим устройством 38, редуктором 39, электродвигателем 40. Вертикальные резервуары сообщены через линию отвода пара 41 с барометрическим конденсатором 42.

Согласно рисунку 3.3, установка работает следующим образом: сырье в виде опилок древесины загружают в загрузочное устройство 1, откуда оно переходит во входной шнек 2, вращающийся от электродвигателя 30 через редуктор 33. На входе в реактор 6 сырье образует герметизирующую пробку. Попадая в центральный шнек 3, вращающийся на перфорированном валу 4, через полость которого поступает пар из парогенератора 5, опилки пропитываются водяным паром и подвергаются воздействию температуры. Перфорированный вал 4 соединен с электродвигателем 31 через редуктор 34. Количество поданного пара регулируется вентилем 22. Образующийся конденсат стекает по рубашке 36 через перфорированную часть реактора и удаляется через шлюзовую камеру 37 с вентилями 23 и 24. За счет сужающейся конструкции реактора 6 на выходе образуется пробка, которая сохраняет герметичность реактора. Обработанная древесная масса по выходному шнеку 7, соединенному с валом центрального шнека, доходит до клапана сброса давления 8, в результате открытия, которого древесная масса выстреливается в виде волокнистого материала в сборник продукта - резервуар 9. В резервуар 9 из емкости 13 через систему орошения 14 подают растворитель этанол-вода в соотношении 9:1. Подача растворителя регулируется вентилем 25. Отработанный раствор по линии отвода 20 через накопитель 15 и вентиль 26 направляется в приемник отработанных растворов 21. Часть растворителя возвращается на орошение с помощью центробежного насоса 28. Обработанная древесная масса по шнеку 12, работающему от электродвигателя 32 через редуктор 35, направляется в следующий резервуар 10, где происходит аналогичный процесс, в котором в качестве растворителя используется раствор гидроксида натрия концентрацией от 0,4 до 2%. В резервуаре 11 проводят промывку волокнистой массы водой. Далее готовый продукт направляется в пневматическую сушильную камеру 16, куда вентилятором 18 подается воздух, нагреваемый в калорифере 17. Для равномерной сушки целлюлозы используется механическое размешивающее устройство 38, работающее от электродвигателя 40 через редуктор 39. Высушенная целлюлоза пневмотранспортируется через улавливающий циклон 19 и, осаждаясь, попадает в приемник готового продукта 29. Подача воздуха регулируется шиберной заслонкой 27. Водяной пар удаляется из резервуаров 9, 10 и 11 по линии отвода пара 41 и конденсируется в барометрическом конденсаторе 42.

Теплопроводность является одним из самых важных свойств любого теплоизоляционного материала, поэтому точное определение теплопроводности становится важнейшей задачей при проектировании теплоизоляции зданий и различных конструкций. В связи с этим, целью работы является выявление зависимости теплопроводности от относительной влажности торфяных плит, так как известно, что коэффициент теплопроводности зависит от насыщаемости образца влажностью.

При выполнении экспериментов по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности подробно описана в предыдущей главе (п. 2.2) и исследования проведены на образцах присланные технопарком высоких технологий.

Эксперимент состоит из следующих этапов:

а) подготовка образцов из теплоизоляционных плит;

б) определение массы полностью сухих образцов;

в) определение теплопроводности сухих образцов;

г) определение теплотехнических свойств торфяных плит, и оценка влияния влагосодержания на теплопроводность материала;

д) установление зависимости теплопроводности образцов от их относительной влажности.

Нормативной базой проводимых экспериментов является ГОСТ 17177-94 “Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний”, в котором указаны методики подготовки экспериментальных образцов, определение их геометрических размеров, массы, влажности. Кроме того, методики определения теплопроводности и термического сопротивления широкого спектра строительных и теплоизоляционных материалов.

При выполнении эксперимента пользуются следующим оборудованием:

- Линейка металлическая ГОСТ 427-75;

- Штангенциркуль ГОСТ 166-89;

- Весы ТУ 64-1-44-76;

- Нож с длинным лезвием;

- Распылитель;

- Пакеты зиплок с контролем вскрытия;

- Измеритель теплопроводности ИТС-1 “150”.

Описание экспериментальных образцов: Все экспериментальные образцы представляют собой параллелепипеды размерами 150х150 мм и толщиной 5-25 мм. Образцы имеют правильную геометрическую форму, однородную структуру, на них отсутствуют загрязнения и посторонние включения. Образцы хорошо просушены.

Последовательность действий проведения эксперимента подробно описаны в предыдущей главе (п. 2.3.6).

3.2.1 Описание экспериментального стенда

Экспериментальный стенд (рисунок 3.4) состоит из прибора для определения теплопроводности ИТС-1 “150”, металлической линейки и штангенциркуля для определения геометрических размеров образцов, электронных весов для определения массы сухого и увлажненного образцов, распылителя воды и полиэтиленовых пакетов типа “зиплок” с контролем вскрытия для увлажнения образцов до заданной температуры.

Рисунок 3.4 - Экспериментальный стенд

3.2.2 Результаты эксперимента

В таблице 3.2 приведены результаты измерений и вычислений по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности торфяных плит. На основании данных таблицы 3.2 строится график зависимости теплопроводности торфяных плит от относительной влажности (рисунок 3.5). На рисунке 3.6 представлены опытный образец после определения зависимости теплопроводности от относительной влажности.

Таблица 3.2 - Результаты измерений и вычислений по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности торфяных плит (технопарк высоких технологий)

ОПЫТ 1
№ п/п	Показатели	Увлаж-нение, %	№ образца
			1	2	3	4	5	6
1	Масса образца, г	0	272,2	269,4	266,1	278,9	164,6	266,3
2	Толщина образца, мм		13,5	14	11,87	16,13	10,87	12
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,101	0,0946	0,082	0,093	0,063	0,123
4	Масса образца, г	5	285	283,8	275,3	290,6	-	274,3
5	Толщина образца, мм		13,55	20	11,9	32,4	-	12,1
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,054	0,0204	0,069	0,0289	-	0,0813
7	Масса образца, г	10	297,8	298,9	289,38	305,13	-	288,01
8	Толщина образца, мм		15,2	23,4	11,98	32,7	-	12,17
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0236	0,0318	0,0681	0,0156	-	0,0604
10	Масса образца, г	15	312,4	313,8	303,85	320,38	-	302,41
11	Толщина образца, мм		17,3	23,84	12	32,7	-	12,2
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0168	0,0353	0,0431	0,0327	-	0,051
ОПЫТ 2
№ п/п	Показатели	Увлаж-нение, %	№ образца
			1	2	3	4	5	6
1	Масса образца, г	0	271	268,4	261,8	275	260,8	262,5
2	Толщина образца, мм		13,5	14,00	11,87	16,13	10,87	12,00
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)	0	0,121	0,12	0,085	0,122	0,069	0,056
4	Масса образца, г	5	285,21	283,45	275,32	290,1	-	274,91
5	Толщина образца, мм		13,6	21	11,9	32,5	-	12,15
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,057	0,0339	0,06	0,0334	-	0,055
7	Масса образца, г	10	297,82	299,01	289,39	306,1	-	288,01
8	Толщина образца, мм		15,3	23,82	11,98	32,7	-	12,17
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0319	0,0353	0,0689	0,0303	-	0,0701
10	Масса образца, г	15	312,59	313,8	303,5	320,58	-	302,41
11	Толщина образца, мм		18,1	23,9	12,2	32,75	-	12,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0305	0,0323	0,0521	0,0381	-	0,06
ОПЫТ 3
№ п/п	Показатели	Увлаж-нение, %	№ образца
			1	2	3	4	5	6
1	Масса образца, г	0	270,2	269	262,5	276,4	262,7	263,4
2	Толщина образца, мм		13,5	14	11,87	16,13	10,87	12
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,098	0,096	0,069	0,081	0,056	0,055
4	Масса образца, г	5	285,37	283,8	275,6	290,6	-	274,3
5	Толщина образца, мм		13,65	21,85	11,95	32,55	-	12,17
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,057	0,034	0,063	0,0376	-	0,057
7	Масса образца, г	10	297,49	298,8	289,38	305,19	-	288,01
8	Толщина образца, мм		15,2	23,9	11,98	32,75	-	12,2
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)	10	0,0364	0,0333	0,0654	0,0361	-	0,0641
10	Масса образца, г	15	312,59	313,8	303,5	320,58	-	302,41
11	Толщина образца, мм		18,1	23,9	12,2	32,75	-	12,25
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0305	0,0323	0,0521	0,0381	-	0,06
ОПЫТ 4
№ п/п	Показатели	Увлаж-нение, %	№ образца
			1	2	3	4	5	6
1	Масса образца, г	0	271,4	269,4	262,9	276,5	262	261,5
2	Толщина образца, мм		13,5	14	11,87	16,13	10,87	12
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,089	0,099	0,08	0,087	0,053	0,078
4	Масса образца, г	5	285,11	283,49	274,98	290,47	-	274,9
5	Толщина образца, мм		14	22,2	12	32,7	-	12,2
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,057	0,034	0,063	0,0376	-	0,0583
7	Масса образца, г	10	297,8	298,89	289,4	305,01	-	288,1
8	Толщина образца, мм		15,6	24,5	12,2	33,2	-	12,4
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0373	0,0371	0,0666	0,0371	-	0,0658
10	Масса образца, г	15	312,6	313,68	303,75	320,91	-	302,7
11	Толщина образца, мм		19,2	25,2	12,4	33,8	-	13
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0314	0,0363	0,102	0,0434	-	0,0706
ОПЫТ 5
№ п/п	Показатели	Увлаж-нение, %	№ образца
			1	2	3	4	5	6
1	Масса образца, г	0	271,5	269,3	262,97	276,81	263,3	261,54
2	Толщина образца, мм		13,5	14	11,87	16,13	10,87	12
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,102	0,101	0,071	0,094	0,056	0,083
4	Масса образца, г	5	285,34	283,8	275,64	290,63	-	274,3
5	Толщина образца, мм		14,2	24	12,2	33,2	-	12,25
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,057	0,041	0,065	0,0425	-	0,063
7	Масса образца, г	10	297,83	298,93	289,29	305,22	-	288,78
8	Толщина образца, мм		15,65	24,55	12,22	33,6	-	12,5
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0405	0,0373	0,0657	0,0377	-	0,0629
10	Масса образца, г	15	312,65	313,78	303,1	320,31	-	302,41
11	Толщина образца, мм		21,8	27,5	12,5	34,2	-	13,8
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0328	0,0373	0,0105	0,0479	-	0,072

Рисунок 3.5 - Индикаторная диаграмма значений теплопроводности в зависимости от относительной влажности (слева); график зависимости теплопроводности от относительной влажности торфяных плит (справа) производство Ханты-Мансийский автономный округ

Для описания можно предложить степенную функцию типа л=0,0012w² +0,0024w+0,1821 с величиной достоверности аппроксимации 0,997. Как видно из графика, при возрастании влажности торфяной плиты возрастает ее теплопроводность. Этот процесс объясняется тем, что влага замещает воздух, расположенный между волокнами торфяной смеси, а теплопроводность воды гараздо больше, чем у воздуха.

Рисунок 3.6 - Опытный образец торфяной плиты до (слева) и опытный образец после (справа) определения зависимости теплопроводности от влажности

3.3 Расчетно-экспериментальные исследования влияния влажности на теплофизические свойства строительных и теплоизоляционных материалов, изготовленных на основе торфа

Торфяная формовочная смесь предназначена для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий. На рисунке 3.7 показан опытный образец композиционного теплоизоляционного материала на основе торфа, изготовленного в лабораторных условиях Вологодского государственного университета (ВоГУ). В таблице 3.3 представлен процентный состав изготавливаемого материала.

Рисунок 3.7 - Опытный образец композиционного теплоизоляционного материала, изготовленный в лабораторных условиях ВоГУ из низинного торфа (слева) и из смеси низинного и верхового торфа (справа)



Технический результат достигается тем, что по способу изготовления сырьевой смеси состоящая из подготовленного торфа, строительного гипса и силикатной смолы (эпоксидная смола).

Для формирования более равномерной гомогенной структуры исходная смесь на первом этапе подлежит тщательному перемешиванию с последующим механическим формованием в металлических формах.

3.3.1 Теплофизические и механические свойства композиционного материала на основе торфа

Сушка готовой смеси осуществляется в муфельной печи марки СНОЛ-7-2/1100, который изображен на рисунке 3.8 при температуре 220-240 °С. При этой температуре наблюдается не только дегидратация (отщепление воды с последующим испарением), а также протекают реакции полимеризации за счет, которых формируется твердая структура с повышенной механической прочностью.

Рисунок 3.8 - Муфельная печь

Для определения времени сушки образцы исследуются на механическую прочность с помощью прибора Вика, изображенный рисунке 3.9.



Рисунок 3.9 - Прибор Вика

Прибор позволяет определить сроки схватывания растворенной смеси при помощи иглы Вика и нормальную густоту торфяного теста при замене иглы на пестик. Конструкция прибора достаточно проста и включает в себя следующие основные части:

- стойка прибора, в которой свободно перемещается стальной стержень и при необходимости фиксируется стопорным устройством;

- указатель для отсчета перемещений стержня;

- измерительная шкала с ценой деления 1 мм.

Результаты исследований свидетельствуют, что только через 1,5 часа, когда игла прибора Вика проходит примерно на 2,5 мм начинается схватывание торфяной смеси. А окончательное схватывание и формирование твердой структуры наблюдается через 2,5 часа, при этом глубина проникновения иглы составляет 0,25 мм.

Следует отметить, что влагопоглощение материала одна из основных теплофизических характеристик. Для этого необходимо экспериментальным путем определить влагопоглощения образцов, которые перед помещением в воду взвешиваются на лабораторных весах. Далее образцы помещаются в воду на одни сутки, после чего измеряется полученная масса опытного образца после пропитки водой. Результаты эксперимента представлены в таблице 3.3.



Известно, что коэффициент теплопроводности материала зависит от его плотности. Поэтому экспериментальным путем определяется плотность материала методом вытеснения воды, показанная на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10 - Экспериментальное определение плотности теплоизоляционного материала на основе торфа в лабораторных условиях

Полностью высушенный, взвешенный образец помещается в измерительный сосуд, откалиброванный по объему, далее снимаются экспериментальные данные и вычисляется объем помещенного материала. Зная массу образца, можно рассчитать его истинную плотность по формуле 3.1:

, кг/мі,	(3.1),

где - масса образца до определения плотности;

- масса образца после определения плотности;

- объем воды, налитый в измерительный сосуд;

- объем воды после помещения в измерительный сосуд испытываемый образец.

В практике имеется большое значение свойство теплоизоляционных материалов - морозостойкость, которая проверяется экспериментальным путем: исследуемые образцы насыщаются водой, в течение одних суток, затем помещаются в холодильную камеру на 20 суток, которая обеспечивает температуру ниже -15°С, далее они подвергаются температурному воздействию водой равной 100°С.

Кроме того, одним из важных показателей является температура возгорания материала. Известно, что если берется торф без пропитки, то он вспыхивает при температуре равной 140°С и приостановить данный процесс практически не возможно. Лабораторные исследования свидетельствуют, что температура плавления на аппарате ТВЗ для определения температуры вспышки в закрытом тигле, который изображен на рисунке 3.11, соответствует 430°С. Для проведения измерения температуры вспышки пользователь выбирает одну из заданных программ, соответствующую испытываемому продукту, помещает в камеру нагрева тигель с образцом, устанавливает в рабочее положение привод мешалки, термодатчик и детектор вспышки. Запуск испытания осуществляется простым нажатием клавиши. В ходе испытания аппарат автоматически нагревает и перемешивает пробу с требуемой скоростью и вносит в тигель горелку через заданные интервалы температур согласно выбранной программе. Текущая температура образца, атмосферное давление и заданные параметры испытания отображаются на дисплее. Вспышка регистрируется автоматически при помощи детектора вспышки, при этом процесс нагревания прекращается, а на дисплее аппарата отображается значение температуры вспышки. По окончании процесса автоматически включается вентилятор принудительного охлаждения нагревателя.

В отличие от других теплоизоляционных материалах исследуемые образцы не горят, а только плавятся за счет использования эпоксидной смолы, которая является существенным преимуществом с другими технологиями.



Рисунок 3.11 - Аппарат ТВЗ для определения температуры вспышки в закрытом тигле

В настоящее время используется при производстве материалов полимеры, однако, при разрушении их в атмосферу поступают продукты разложения многие, из которых относятся к токсичным.

Так, например, известная технология (патент на изобретение 2307813), где теплоизоляционный материал получают с применением фенолформальдегидной смолы и добавлением фталевой кислоты, при разрушении такого материала в атмосферу поступает формальдегид, который относится ко 2 классу токсичности.

В отличии от типовой технологии при использовании эпоксидной смолы в атмосферу не выделяются токсичные вещества, что доказано экспериментальным путем на приборе Биолат, который изображен на рисунке 3.12. Следует также отметить, что при помещении полученных образцов в воду их токсичность не изменяется, а, следовательно, не происходит разрушение материала под действием влаги и при повышенных температурах.



Рисунок 3.12 - Прибор Биолат

Оценка токсичности указанных объектов осуществляется с помощью метода, состоящего из одного, двух и трех последовательных этапов: - на первом этапе оценивают выживаемость в течение 2-х часов инфузорий Paramecium caudatum в водных экстрактах и водных растворах ацетоновых экстрактов исследуемых объектов, по результатам первого этапа оценивают токсичность исследуемого объекта или принимают решение о продолжении исследования на втором этапе;

- на втором этапе продолжают экспозицию инфузорий Tetrahymena pyriformis в пробах исследуемых объектов в течение 72 часов (при отсутствии выраженного загрязнения среды посторонней микрофлорой), по результатам всех трех этапов оценивают токсичность исследуемых объектов или принимают решение о продолжении исследования иными методами.

Принцип уточняющей оценки с увеличением времени экспозиции является надежной основой для выявления низких концентраций токсикантов, а использование максимально стандартизованной культуры инфузорий Tetrahymena pyriformis позволяет получать удовлетворяющие требованиям достоверности и сопоставимости результаты. На всех трех этапах, результаты вычисляются на основе подсчета живых клеток простейших с помощью прибора для биологических исследований БиоЛаТ. Вывод о степени токсичности исследуемого объекта производится автоматически в соответствии с полученными результатами по критериям, представленным в разделе "критерии токсичности".

Результаты исследования свидетельствуют, что образцы относятся к умеренно-токсичным материалам.

Основной функцией любого теплоизоляционного материала является сохранение тепла, которое зависит от его теплопроводности. Для определения коэффициента теплопроводности использовался прибор ИТС-1, изображенный на рисунке 3.13. Описание работы с данным прибором описана в предыдущей главе (п. 2.3.6).

Рисунок 3. 13 - Прибор ИТС-1

3.3.2 Результаты эксперимента

Результаты измерений по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности композиционного материала на основе торфа, изготовленного в лабораторных условиях Вологодского государственного университета (ВоГУ), приведены в таблице 3.5. На основании данных таблицы 3.5 строится график зависимости теплопроводности композиционного материала на основе торфа от относительной влажности (рисунок 3.14 и 3.15). На рисунке 3.16 представлены опытные образцы после определения зависимости теплопроводности от относительной влажности. На рисунке 3.17 представлены графики зависимости торфяных плит их теплопроводности от относительной влажности.



Таблица 3.5 - Результаты измерений и вычислений по определению зависимости теплопроводности от относительной влажности композиционного теплопроводного материала на основе торфа (ВоГУ)

№ п/п	Показатели	Увлаж-нение, %	ОПЫТ 1
			№ образца
			1	2
1	Масса образца, г	0	447	527
2	Толщина образца, мм		17,25	25,13
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,1372	0,0901
4	Масса образца, г	5	459	535
5	Толщина образца, мм		17,25	25,13
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,103	0,0824
7	Масса образца, г	10	467	535
8	Толщина образца, мм		17,25	25,13
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,101	0,0812
10	Масса образца, г	15	475	535
11	Толщина образца, мм		17,25	25,13
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0982	0,0965
1	Масса образца, г	0	447	527
2	Толщина образца, мм		17,25	25,13
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,1127	0,0912
4	Масса образца, г	5	459	535
5	Толщина образца, мм		17,25	25,13
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0981	0,0856
7	Масса образца, г	10	467	535
8	Толщина образца, мм		17,25	25,13
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)	10	0,0966	0,0805
10	Масса образца, г	15	475	535
11	Толщина образца, мм		17,25	25,13
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0928	0,0764
1	Масса образца, г	0	447	527
2	Толщина образца, мм		17,25	25,13
3	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0985	0,0902
4	Масса образца, г	5	459	535
5	Толщина образца, мм		17,25	25,13
6	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0863	0,0836
7	Масса образца, г	10	467	535
8	Толщина образца, мм		17,25	25,13
9	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0828	0,0806
10	Масса образца, г	15	475	535
11	Толщина образца, мм		17,25	25,13
12	Теплопроводность образца, Вт/(м°С)		0,0805	0,0796

Рисунок 3.14 - Индикаторная диаграмма значений теплопроводности в зависимости от относительной влажности (слева); график зависимости теплопроводности от относительной влажности композиционного материала из низинного торфа (справа) - изготовление лабораторные условия ВоГУ



Рисунок 3.15 - Индикаторная диаграмма значений теплопроводности в зависимости от относительной влажности(слева); график зависимости теплопроводности от относительной влажности композиционного материала из смеси низинного и верхового торфа (справа) - изготовление лабораторные условия ВоГУ Для описания можно предложить степенную функцию типа для образца, выполненного из низинного торфа л=0,0002wІ-0,0043w+0,1152 с величиной достоверности аппроксимации 0,9678, а для образца, выполненного из смеси низинного и верхового торфа л=4Е-05wІ-0,0014w+0,0908 с величиной достоверности аппроксимации 0,9914. Как видно из графиков, при возрастании влажности композиционного материала на основе торфа уменьшается ее теплопроводность.

Рисунок 3.16 - Опытный образец композиционного теплоизоляционного материала из низинного торфа (слева) и из смеси верхового и низинного торфа (справа) после исследований на теплопроводность - изготовление: лаборатоные условия ВоГУ

Рисунок 3.17 - График зависимость торфяных плит влияния их теплопроводности от относительной влажности

На представленном графике приведены показатели зависимости теплопроводности теплоизоляционного материала на основе торфа к относительной влажности, можно сделать следующие выводы: с повышением влажности коэффициент теплопроводности увеличивается для образцов, изготовленных в Ханты-Мансийском автономном округе - Югра (верхний график), а для образцов, изготовленных в лабораторных условиях Вологодского государственного университета (два нижних графика) коэффициент теплопроводности уменьшается от увеличения относительной влажности, что является преимуществом перед выше представленным образцом. В таблице 3.6 приведены качественные значения характеристик, полученных образцов в лабораторных условиях ВоГУ.



Таблица 3.6 - Качественные значения характеристик

Характеристика	Образец №1 (низинный торф)	Образец № 2 (смесь низинный и верховой торф)
Коэффициент теплопроводности, Вт/мЧ°С	0,0989	0,0833
Объемная масса, кг/мі	200	150
Плотность, кг/мі	873	964
Токсичность	умеренно-токсичный	умеренно-токсичный
Огнестойкость, °С	1582	1934
Прочность	подтверждено	подтверждено
Морозостойкость	подтверждено	подтверждено

Таким образом, в результате выполненных экспериментов были получены опытные лабораторные образцы по новой технологии, которые исследованы на эксплуатационные свойства. В соответствии с методами, описанными в нормативных документах экспериментальным путем были определены состав, время схватывания, механическая прочность, влагопоглощение, температура плавления, морозостойкость, токсичность, коэффициент теплопроводности. Сравнительная характеристика результатов испытаний, полученных образцов с нормативными значениями, и с представленными в защищенных охранных документах, и с открытых источниках СМИ, показана в таблице 3.7.

Таблица 3.7 - Сравнительная характеристика результатов испытаний

Харак-ка	ГОСТ 4861-74	Патент 2307813	Патент 2409529	Гео-кар	ТССП	Югра	ВоГУ
							1	2
Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С	0,06	0,06	0,04-0,07	0,047-0,08	0,09	0,09-0,12	0,09-0,13	0,074-0,09
Плотность, кг/мі	645	1300-1500	1000-1100	250-350	90-120	386	850-873	870-900
Влажность, %	Не более 15	Не более 15	Не более 15	15-20	20-30	Не более 15	Не более 15



Полученные результаты свидетельствуют, что по сравнению с существующими технологиями, изготовленные образцы не полностью соответствуют заданным нормативным параметрам. Однако значения коэффициента теплопроводности выше, но результаты экспериментов по выявлению зависимости теплопроводности уменьшаются с увеличением относительной влажности, а у представленных образцов зависимость теплопроводности увеличивается с увеличением влажности. Значения плотности полученных образцов гораздо ниже, чем у представленных патентов. А значения влажности у всех представленных образцов одинаковое.



4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ПРОДУКТА

Значительная доля энергетических затрат в Российской Федерации расходуется на отопление жилых зданий. Мероприятия, направленные на сокращение потерь тепла и повышение уровня тепловой защиты наружных ограждающих конструкций в целях повышения энергоэффективности зданий всегда требовали особого внимания.

Одна из основных задач заключается в повышении качества планировочных, архитектурных и строительных решений, снижении стоимости строительства зданий и сооружений, сокращении удельных капитальных вложений на единицу вводимой в действие мощности. В работе представлена методика расчета сроков окупаемости энергосберегающих мероприятий, направленных на повышение уровня тепловой защиты наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений, с использованием теплоизоляционных изделий на основе торфа.

4.1 Расчет капитальных затрат на производство материала

Для расчета тепловых потерь через наружные ограждающие конструкции зданий удобно пользоваться величиной, обратной приведенному сопротивлению теплопередаче, которая в международных стандартах называется коэффициентом теплопередачи ограждающих конструкций зданий и обозначается литерой U. Значение коэффициента теплопередачи рассчитывается по формуле 4.1:

1/, Вт/мІЧ°С,	(4.1),

где - коэффициент теплопередачи.

Суммарные потери тепловой энергии через 1 мІ наружной ограждающей конструкции при величине ее коэффициента теплопередачи U=1,0 Вт/(мІ ·єС) можно вычислить по формуле 4.2:

	(4.2),

где - температура внутреннего воздуха в помещениях жилого здания, принимаемая по ГОСТ 30494 - 2011 [22] равной 20 єС;

- средняя за отопительный период температура наружного воздуха, принимаемая для климатических условий Ленинградской области по СП 131.13330. 2012 [23] равной -2,9 єС (данные табл. 1);

- - количество суток отопительного периода, принимаемой для жилых зданий;

24 - количество часов в сутки;

1000 - переводный коэффициент мощности теплового потока из Вт в кВт.

Используя формулу 4.3 можно рассчитать средние за отопительный период потери тепловой энергии через 1 мІ ограждения, выраженные в кВт·ч. Эту же величину можно выразить в гигакалориях (Гкал), если разделить выражение 4.3. Формулу 4.3 может быть записана в виде:

, ГкалЧч	(4.3),

где, 1163 - переводный коэффициент из кВтЧч в ГкалЧч.

Отметим, что выражение в формулах 4.2 и 4.3 в СП 50.13330 обозначает градусосутки отопительного периода (сокращенно ГСОП). Таким образом, формулы 4.2 и 4.3 можно привести к более удобному виду представленных в формулах 4.4 и 4.5:

	(4.4),
	(4.5).

Тогда для расчета стоимости эксплуатационных затрат (Э) через 1 м2 площади наружной ограждающей конструкции за один отопительный период выражение в формуле 4.6 необходимо умножить на стоимость тепловой или электрической энергии (в зависимости от принятой в здании системы отопления и используемых для отопления источников энергоснабжения).

Следовательно, эксплуатационные затраты (Э) можно рассчитать по формуле 4.6:

Э=QЧ	(4.6),

где Q - суммарные потери тепловой энергии через 1 м2 наружной ограждающей конструкции рассматриваемого здания, рассчитываемые для зданий, отапливаемых централизованно (от городской или районной ТЭЦ) по формуле 4.6, для зданий, отапливаемых электрическими нагревателями - по формуле 4.5;

- величина тарифа, принимаемая:

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

- руб/кВт·ч - при электрическом теплоснабжении.

Перейдем непосредственно к оценке экономической эффективности дополнительного утепления и расчету сроков окупаемости дополнительного утепления наружных стен и покрытия зданий и сооружений.

Для производства композиционного материала на основе торфа необходимо иметь помещение и оборудование для реализации продукта. Основным компонентом для получения теплоизоляционного материала - торф (верховой, низинный). Также требуется эпоксидная смола и строительный гипс. В среднем, для получения 1 мі расходуется: торф - 8 кг (низинный и верховой); строительный гипс - 2 кг; эпоксидная смола - 15 кг.

Помещение необходимо разделить на три участка. Площадь первого - 20 м² (2х10), где складируется сырье, установлено оборудование и компрессор. На втором участке, площадью 70 м² (7х10) устанавливаются формы. На третьем участке 100 м²(10х10) монтируются стеллажи, где будет осуществляться сушка готовой продукции. На рисунке 4.1 представлена планируемая линия производства композиционного материала на основе торфа.

Рисунок 4.1 - Линия по производству композиционного материала на основе торфа, состоит из: 1 - теплогенератор; 2 - бункер-накопитель с верошителем и двумя дозаторами сырья; 3 - конвейер ленточный для подачи торфа в сушилку аэродинамическую - диспергатор; 4 - металлоуловитель; 5 - сушилка аэродинамическая - диспергатор; 6 - вентилятор высокого давления; 7 - циклоны; 8 - бункер готового сырья для гранулирования и брикетирования; 9 - пресс-гранулятор; 10 - система аспирации и охлаждения плит; 11 - прессы брикетирования; 12 - латок-охладитель плит; 13 - стол торцовочный.

В производственном помещении необходимо обязательно предусмотреть приточно-вытяжную механическую систему вентиляции, обеспечивающую 10 кратный обмен. Если участки разделены между собой стенами, то вентиляцию следует монтировать на каждом из них. В рассматриваемом помещение не разделено, поэтому монтируется одна система вентиляции, при этом отсос располагается ближе к участку сушки. Стоимость этого вида работ, в среднем составляет 15000 руб. Таким образом, чтобы приступить к производству теплоизоляционного материала на основе торфа, необходимо осуществить следующие единовременные затраты, представленные в таблице 4.1:

Таблица 4.1 - Единовременные затраты на производство композиционного материала на основе торфа

Статья расходов	Сумма, руб
1. Линия по производству	5 500 000
2. Транспортировка и монтаж оборудования	500 000
3. Приобретение дизельного погрузчика	800 000
4. Сырье	50 000
Итого:	6 850 000

В таблице 4.2 представлена норма расхода компонентов на 1 мі.

Таблица 4.2 - Норма расхода компонентов на 1 мі

Компоненты	Количество, кг	Цена, руб	Сумма, руб
	4	30	120
	4	30	120
	2	3,5	7
	7	50	350
Итого:	597

При производстве композиционного материала на основе торфа будет затрачена электроэнергия. Минимальная производительность установки (в т.ч. компрессор) при заданном расходе смолы составляет 5м³/час. Таким образом, для производства необходимо 40 часов работы оборудования в неделю. Помимо режима заливки установка работает также в режиме промывки, для учета данного фактора введем поправку в размере 10%, т.е. общее время работы насосов составляет 44 часа. Для упрощения расчетов примем, что столько же времени работает и компрессор. Мощность установки - 0,97 кВт, мощность компрессора - 4,4 кВт. Таким образом общий расход электроэнергии для производства теплоизоляционного материала составляет 236,28 кВт*час. При стоимости одного кВт*час 1 руб., расходы на электроэнергию составляют 236,28 руб.

Для обслуживания установки и проведения необходимых работ в цеху (заливка, распалубка форм, резка и разборка кубов, укладка на стеллажи, складирование готовой продукции, погрузка на транспорт) необходимо, как минимум, 2 человека.

Заработная плата - сдельная: из расчета 100 рублей на двоих за каждый куб реализованной продукции. Для рассматриваемого примера это 20 000 рублей.

В период работы помещение должно быть обеспечено освещением. Для этого достаточно 4 лампы ДРЛ мощностью 0,25 кВт каждая, т.е. 1кВт за каждый час освещения. Таким образом, при стоимости 1кВт*час 1 рубль, для производства, необходимо затратить электроэнергию на сумму, представленная в таблице 4.3:

Таблица 4.3 - Затраты на электроэнергию

Оборудование	Мощность, кВт	Время, час	Сумма, руб
1. Линия по производству	0,97	44	42,68
2. К - 25	4,4	44	193,60
3. Вентиляция	1	120	120,00
4. Освещение	1	120	120,00
Итого:	476,28

Таким образом, полные расходы на производство материала можно представить в таблице 4.4:

Таблица 4.4 - Полные расходы на производство композиционного материала на основе торфа

Статья расходов	Сумма, руб
Единовременные затраты на оборудование	6 800 000
Заработная плата рабочим в зависимости от объема реализованной продукции	20 000
Затраты на электроэнергию	476,28
Затраты на сырье	50 000
Итого:	6 870 476,28

4.2 Расчет сроков окупаемости

Применим для расчета сроков окупаемости утепления наружных стен рассматриваемого, типового здания метод приведенных затрат по формулам 4.7 и 4.8.

	(4.7)
	(4.8),

где , - затраты на капитализацию и эксплуатацию наружных ограждающих конструкций, приведенные к 1 мІ их площади, руб/ мІ;

- капитальные затраты на возведение 1 мІ наружного ограждения дома, руб/мІ;

- капитальные затраты на дополнительное утепление, руб/мІ;

- эксплуатационные затраты, учитывающие потери тепловой энергии через 1 мІ наружной ограждающей конструкции за один отопительный сезон до проведения утепления, руб/мІ ·год;

- эксплуатационные затраты, учитывающие потери тепловой энергии через 1 мІ наружной ограждающей конструкции за один отопительный сезон после проведения работ по их утеплению, руб/мІ ·год;

Т - время, исчисляемое в годах.

Условием окупаемости для принятой модели будет равенство приведенных затрат и , формула 4.9.

	(4.9)

Или с учетом формул 4.7 и 4.8:



=	(4.10)

Или с учетом того, что К1=0, формула 4.11:

	(4.11)

Тогда из формулы 4.11 можно рассчитать срок окупаемости, формула 4.12:

Т=	(4.12),

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

?Э - разность потерь тепловой энергии через 1 мІ наружной ограждающей конструкции до проведения мероприятий по утеплению стен () и после утепления ().

С учетом полученных ранее выражений 4.4 и 4.5 значение можно определить по формуле 4.13:

=(	(4.13)

Отметим, что срок окупаемости, рассчитанный по формуле 4.12 получен без учета:

роста тарифов на тепловую энергию;

процентов по кредиту (в случае использования заемных средств на проведение мероприятий по утеплению наружных стен здания);

дисконтирования будущих денежных поступлений, достигнутых в результате реализации рассматриваемого энергосберегающего мероприятия и уменьшения потерь тепловой энергии на отопление.