CC BY
18ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 69.003.13
Аманова Б.Н.
Западно-Казахстанский инновационно-технологический университет,
г. Уральск, Казахстан
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННЫХ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНЫХ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЯХ ЗДАНИЙ ЗАПАДНО-
КАЗАХСТАНСКОЙ ОБЛАСТИ
ANALYSIS OF MODERN HIGH-PERFORMANCE THERMAL INSULATION MATERIALS IN BUILDING ENCLOSING STRUCTURES WEST KAZAKHSTAN REGION
Аннотация: в статье проанализированы современные высокоэффективные теплоизоляционные материалы для решения проблемы энергосбережения в жилых зданиях, направленные на повышение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций.
Abstract: the article analyzes modern high-performance thermal insulation materials for solving the problem of energy saving in residential buildings, aimed at improving the heat-protective properties of external enclosing structures.
Ключевые слова: энергосбережение; энергоэффективные; экологичность; теплоизоляционные материалы, комфорт.
Keywords: energy saving; energy efficient; environmental friendliness; thermal insulation materials, comfort.
Введение. Жилой сектор Казахстана является третьим крупнейшим потребителем тепло- и электроэнергии после сектора энергетики и производственного сектора и потребляет около 11% электрической энергии и 40% отпускаемой тепловой энергии. Более половины выбросов парниковых газов в секторе тепло- и электроснабжения жилищного фонда в Казахстане приходится на отопление помещений. По экспертным оценкам около 70% зданий имеют теплотехнические характеристики, не отвечающие современным требованиям, из-за чего они теряют через ограждающие конструкции до 30% и выше тепловой энергии, потребляемой для отопления.
Необходимость проектирования и строительства энергоэффективных зданий диктуется экологическим состоянием Республики Казахстан, которая находится на седьмом месте по углеродному загрязнению, выбрасывая около 1200 тонн эквивалента С02, на миллион долларов произведенного продукта, в то время как средний мировой показатель составляет около 500 тонн эквивалента С02 на миллион долларов произведенного продукта.
Цель исследования: произвести анализ современных высокоэффективных
теплоизоляционных материалов для решения проблемы энергосбережения в жилых зданиях Западного региона Казахстана, направленных на повышение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций.
Материалы и методы исследования. В статье, на основе сравнительного анализа рассмотрены возможности применения современных высокоэффективных
теплоизоляционных материалов для решения
проблемы энергосбережения в жилых зданиях Западно-Казахстанской области, направленные на повышение теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций. Проведены исследования, выявлены свойства данных материалов, представленные в таблицах и графиках. Новые технологии и возможности применения современных высокоэффективных теплоизоляционных материалов в наружных ограждающих конструкциях при строительстве зданий и сооружений в климатических условиях Западно-Казахстанской области.
Результаты и их обсуждение. Основная масса обследованных зданий в г. Уральске Западно-Казахстанской области соответствует низкому классу энергоэффективности («Е») - по СН РК 2.04-04-2011 «Тепловая защита зданий». В среднем уровень потребления тепловой энергии на обогрев зданий по обследованным домам составляет 270 кВт ч/м2 в год, что существенно выше среднеевропейских показателей - 100-120 кВт ч/м2. В последние годы в Казахстане идет процесс совершенствования нормативно-правовых и нормативно-технических документов для нового строительства, в том числе и для повышения его энергоэффективности. Закон республики Казахстан от 13 января 2012 года № 541-IV «Об энергосбережении и повышении
энергоэффективности», отдельные положения закона прямо связаны с энергоэффективным строительством. При эксплуатации
энергоэффективных зданий потребитель будет экономить до 30-40% своего бюджета на коммунальных расходах и это важно уже с социальной точки зрения.
Проектирование энергоэффективного дома -это комплексная работа, учитывающая многовариантный подход, рациональный выбор теплозащиты ограждающих конструкций, выбор инженерного оборудования и эффективность
Классификация зданий и сооружений по
использования возобновляемых источников энергии.
Согласно европейской классификации энергоэффективных зданий [1], здания и сооружения можно разделить на несколько типов (табл. 1).
Таблица 1
Классификация зданий Годовое потребление энергии, кВт-ч/м2
Старое здание 300
Новое здание 150
Дом низкого энергопотребления 60
Пассивный дом 15
Дом нулевой энергии 0
Дом плюсовой энергии Вырабатывает больше энергии, чем потребляет
На этапе проектирования здания энергосбережение достигается при принятии конструктивных, объемно-планировочных и инженерных решений. Конструктивные решения в части энергосбережения в здании направлены на повышение теплозащитных свойств его наружных ограждающих конструкций. Такие решения могут иметь множество различных вариантов, отличных по виду материала слоев, толщине и теплотехническим характеристикам, что вызывает необходимость вариантного проектирования энергосбережения. В связи с различной структурой теплопотерь через ограждающие конструкции состав мероприятий энергосбережения в зданиях различного функционального назначения различен и зависит от конфигурации, этажности, срока эксплуатации. Так в общественных зданиях наибольший эффект энергосбережения достигается
при совершенствовании систем вентиляции и освещения, в жилых зданиях - при повышении теплозащитных качеств наружных ограждающих конструкций [2].
Для реализации требований современных Казахстанских норм по обеспечению необходимого уровня тепловой защиты ограждающих конструкций наружных стен разработаны эффективные теплоизоляционные изделия со специальными свойствами, отвечающими их функциональному назначению. Например, пенополиизоцианурат (ПИР, РГЯ-плиты) - это энергоэффективный утеплитель, уникальный по своим свойствам: огнестойкий, экологически чистый, пароводопроницаемый, долговечный тепло-изоляционный материал на основе пенополиуретана (рис. 1).
Рис. 1. Теплоизоляционные материалы: а) пенополиуретан; б) пенополиизоцианурат (PIR-плиты)
Пенополиизоцианурат - это улучшенный пенополиуретан, с преобладанием в системе изоционатной группы. Утеплитель в соотношении с полиолом представляет собой каркасный полимер с большим количеством замкнутых ячеек. Ячейки формируют жесткую однородную структуру, которая имеет высокую прочность. Внутри ячеек находится смесь газов, которая занимает 95-97% от объема материала, имея при этом низкую теплопроводность. Иногда утеплитель производят в виде пены. Плиты изготовляют в виде трехслойных панелей, средний слой - наполнитель из пенополиизоционара, а два слоя - обшивка.
Облицовочные слои могут быть различными: из алюминиевой фольги, бумаги, стеклохолста.
Сэндвич-панели имеют свои четко заданные геометрические параметры и маленький вес, что существенно облегчает транспортировку, технологию возведения, снижает нагрузку на несущие элементы и фундамент, а также сокращает сроки строительства. Утеплитель может применяться как для возведения здания, так и для реконструкции фасада, служить звуко- и теплоизоляционными перегородками. При монтаже плиты используется жесткое сцепление замков, что позволяет повысить несущую способность и сопротивление нагрузки, а также
создает сплошную поверхность. Такие соединения обеспечивают при укладке плотный стык плит и нейтрализуют возникновения сквозных мостиков холода. Теплоизоляционные РГЯ-плиты практически по всем характеристикам в сравнении с другими материалами более энергоэффективны и оптимальны.
Пенокомпозит - новый материал с большим успехом может применяться в строительстве, объединяет в себе ряд уникальных свойств: огнестойкость, экологичность и энергосбережение. Изготовляется компонент по самовспенивающей технологии из недорогих отечественных полимеров и твердых отходов топлива -энергетической и камнедобывающей
промышленности. Отличие его от других материалов - высокие показатели теплоизоляционных способностей, за счет пористой структуры. Основными исходными составляющими пенокомпозита являются два жидких компонента. Их смешивают и к полученной смеси добавляют специальные добавки. Далее утеплитель заливают в открытую или закрытую форму различных размеров и конфигураций, где он вспенивается без подвода тепла. Процесс вспенивания и отвержения может длиться в пределах 5 минут. Материал толщиной 26 мм и плотностью 55 кг/м3 поместили в термокамеру, где измеряли теплопроводности в диапазоне температур от 0 до +50 °С (рис. 2).
0,04
0,039
0,038
0,037
0,036
0,035
0,034
0,033
0,032
0,031
0,0391
0,0378
0,0365
0,0352
0,0339
10
20
30
40
50
Рис. 2. Теплопроводность материала (Вт/м К) в диапазоне температур от 0 до +50 °С
Из опыта сделан вывод, что теплопроводность в процессе приготовления и применения (рис. 3). Из
материала в диапазоне температур от 0 до +50 °С графика видно, что выделение летучих веществ в
близка к лучшим теплоизоляционным свойствам. пределах нормы ПДК (предельно-допустимая
Экологичность материала пенокомпозита - концентрация). проведен опыт по выделению летучих компонентов
Стирол
Рис. 3. Выделение летучих компонентов в процессе приготовления и применения пенокомпозита, мг/м3
В последние годы следует отметить активно ведется работа по внедрению жидких теплоизоляторов. Под жидким теплоизолятором подразумевают теплокраску и жидкую керамику, разработанные на основе нанотехнологий и используемые в авиации и космонавтике. Данные утеплители имеют сверхтонкую теплоизоляцию и антикоррозионные свойства, защищают от воздействия воды и воздуха. Жидкий утеплитель применяется при изоляции труб, цистерн, резервуаров, теплотрасс и трубопроводов, морского и речного транспорта, промышленного оборудования, фасадов зданий, кровли, несущих конструкций и [3].
Теплопередача осуществляется тремя способами [4]:
1. Передача тепла от более теплого участка к холодному. В жидких утеплителях только 20 % связующих веществ участвуют в теплопередаче.
2. Перенос тепла самим веществом. Благодаря тому, что большую часть утеплителя составляют микроскопические шарики, имеющие малый вес, то потери на конвекцию незначительны.
3. За счет внутренней энергии вещества. Примерно 90 % утеплителя уходит на образование эффекта термоса на покрытой поверхности.
Состав жидких утеплителей:
1. Основа - это микроскопические вакуумные шарики, которые могут быть силиконовыми, керамическими, полимерными или стеклянными.
2. Связующие вещества, которые заполняют пространство между шариками - это латекс с акриловым переплетением, иногда еще используют полимер.
3. Дополнительные добавки, которые необходимы в зависимости от условий эксплуатации, — это фиксаторы, пластификаторы, биоциды.
Состав 1 Состав 2 Состав 3
Связующая основа составов керамической жидкой теплоизоляции - это водно -акриловая смесь, способствующая адгезии утеплителя со стеной и равномерному распределению теплоизолирующих компонентов на ее поверхности В водно-акриловую смесь вводятся дополнительные компоненты, которые улучшают качество и эксплуатационные характеристики теплоизолятора. Чаще всего в качестве таких добавок выступают натуральные и искусственные каучуки, силикон, а также подобные им материалы, которые придают составу эластичность и водостойкость Керамические гранулы - это основной компонент, который способствует снижению теплопотерь утепляемой поверхности. Гранулы имеют микроскопические размеры и идеально-сферическую форму, заполненную сильно разряженным воздухом (газом), что обеспечивает высокие показатели теплоизоляции и дает возможность распределение смеси на поверхности стены тонким слоем. Керамические гранулы составляют 80% от всего объема теплоизоляционного материала.
Качественным керамическим жидким 75...80 %, что позволяет создавать между
теплоизоляционным материалом считается тот, в поверхностью стены и внешней поверхностью
котором после полной полимеризации процент нанесенной изоляции сверхтонкий слой с очень
пустот в нанесенном на поверхность слое составит высоким сопротивлением теплопередаче.
Рис. 4. Состав жидкого керамического теплоизолятора: 1 - силиконовые микросферы; 2 - керамические микросферы
Жидкий теплоизолятор может выполнять и декоративные функции - им можно окрасить фасад в любой цвет. Экономический эффект применения жидких теплоизоляторов наглядно приведен на рисунке 9.
На рисунке 5-8 и в таблице 2 приведены основные характеристики теплоизоляционных материалов в порядке их значимости, что дает нам возможность определиться с выбором наилучшего материала.
Рис. 5. Теплопроводность материалов, Вт/мК, при одинаковой толщине 5см
0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
0,5
0,4
0,3
0,18
0,05 0,038 0,03 0,035
1 м шт
/ / / / У / / 0°
/ у S 4? * / /
^ / -о
¿5
С?
О
4*
Рис. 6. Паропроницаемость, мг/мчПа
Рис. 7. Водопоглощение за 24 ч, % по объему не более
Рис. 8. Срок эксплуатации, лет
Таким образом, жидкая теплоизоляция для которая значительно ускоряет и облегчает процесс стен - это одна из сравнительно новых разработок, утепления стен как снаружи, так и внутри здания.
Таблица 2
Наименование утеплителя Класс горючести Температура эксплуатации, 0 С Плотность, кг/м3
Пенополистирол Г3-Г4 От -70 до +70 15-50
Вакуумная теплоизоляция НГ - -
Экотеплин Г1 До +160 32-34
PIR-плиты Г1-Г2 От -65 до +110 30-40
Multipor - 100-115
Термоплиты НГ От -50 до +70 15-25
Жидкие теплоизоляторы Г1 От -60 до + 200 -
В последнее время рынок строительных материалов переполнился. Все они отличаются теплотехническими, технологическими,
экономическими и экологическими
характеристиками. И на сегодняшний день сложно выбрать термоизоляцию, от которой будет зависеть комфорт проживающих в помещении людей, надежность конструкции и долговечность сооружения. При выборе теплоизоляционных материалов необходимо обратить внимание на основные характеристики, которые учитываются при их сравнении. Стоит отметить, что в мире существует множество утеплителей, но в данной работе для сравнения взяты наиболее инновационные и совсем недавно появившиеся теплоизоляционные материалы на рынке стройматериалов, которые чаще всего применяют при строительстве. Сравнение материалов следует производить исходя из назначения и характеристики утепляемого помещения, типа сооружения, наличие открытого огня, характерного уровеня влажности и учитывая климатические условия нашего резко-континентального климата Западно-Казахстанской области.
Заключение. Анализ этапов жизненного цикла здания позволяет определить его энергетические взаимосвязи в
воспроизводственном процессе и
конкретизировать архитектурно-строительные решения в области энергосбережения в соответствии со спецификой каждого этапа.
Конструктивные решения в части энергосбережения в здании направлены, как правило, на повышение теплозащитных свойств его наружных ограждающих конструкций, учитывая климатические условия нашего региона. При этом следует понимать, что стремление к сиюминутной быстрой экономии на материале утеплителя на стадии строительства сегодня в будущем приведет к финансовым потерям владельцев - собственников объекта недвижимости в эксплуатации: при оплате услуг сетевой компании, поставляющей теплоноситель, капитального ремонта. Стоимость теплоносителя растет не только за счет инфляционной составляющей, но и за счет износа, уменьшения термических сопротивлений составляющих элементов наружной стен, и в первую очередь утеплителя.
Список литературы:
1. Марков Д.И. Особенности формирования энергоэффективных жилых зданий средней этажности / Д.И. Марков // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2012. № 5. С. 29-33.
2. Шилкин Н.В. Энергоэффективные дома Дании / Н.В. Шилкин, А.Е. Насонова // Здания высоких технологий. 2019. Лето. С. 72-78.
3. Ишмаметов Р. Х. Современные аспекты энергосбережения в жилищном фонде России // Вестник Волгогр. гос. архит.-строит. ун-та. 2018. №2 47. С. 347—358.
4. Корниенко С. В. Комплексная оценка теплозащиты ограждающих конструкций оболочки здания // Инженерно-строительный журнал. 2020. № 7 (33). С. 43—49.
5. Кирюдчева А. Е., Шишкина В. В. Энергоэффективные фасадные системы // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2020. № 4 (31). С. 248—262.
УДК 62.1.791.753.9
Джафарова Саида Аллахверди кызы, Рустамов Рамазан Джафар оглы
Азербайджанский Технический Университет
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА СМЕСИ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА С КИСЛОРОДОМ ПРИ ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКОЙ СВАРКЕ
Jafarova Saida Allaxverdi, Rustamov Ramazan Jafar
Azerbaijan Technical University
DETERMINATION OF THE OPTIMAL COMPOSITION OF A MIXTURE OF CARBON DIOXIDE WITH OXYGEN DURING SEMI-AUTOMATIC WELDING
Abstract: The paper discusses the issues of improving the quality indicators of welded joints during semiautomatic welding in a mixture of carbon dioxide with oxygen and offers the optimal welding mode for metal structures.
According to the results of the evaluation of the welding process based on visual observation, it was found that when the oxygen content in the mixture is 20%, the most favorable formation of the weld occurs with the least spatter.
It has been established that when the content of oxygen gas in the mixture is 20%. semi-automatic welding increases the quality of the weld and reduces spatter of the electrode metal. As a result of the computational and experimental study, the optimal mode of semi-automatic welding in a mixture of carbon dioxide and oxygen was determined.
Аннотация. В работе paccMoiprnaeTCH вопросы повышения показателей качества сварных соединений при полуавтоматической сварке в среде смеси углекислого газа с кислородом и предложен оптимальный режим сварки металлоконструкции.
По результатам оценки процесса сварки на основе визуального наблюдения установили, что при содержании в смеси кислорода 20% происходит наиболее благоприятное формирование шва с наименьшим разбрызгиванием.
Установлено, что при содержании в смеси кислородного газа 20% при полуавтоматической сварке повышается качество сварного шва и уменьшается разбрызгивание электродного металла. В результате расчётно-экспериментального исследования определен оптимальный режим полуавтоматической сварки в смеси углекислого газа с кислородом.
Key words: welding method, shielding gases, welding materials, welding mode, welding equipment.
Ключевые слова: способ сварки, защитные газы, сварочные материалы, режим сварки, сварочные оборудования.
Введение: Для получения при дуговой сварке высококачественных соединений необходима защита зоны дуги-сварочной ванны от вредного воздействия воздуха окружающей среды, а в ряде случаев также легирование и металлургическая обработка металла шва.
При сварке в защитных газах для защиты зоны дуги и расплавленного металла используется газ, подаваемый струей при помощи горелки. В качестве защитных газов используются инертные газы (аргон, гелий и их смеси) не взаимодействующие с металлом при сварке и активные газы (углекислый газ, кислород, водород и др.), взаимодействующие с металлом, а также их смеси. Род защитного газа определяет физические, металлургические, технологические
характеристики способа сварки. Защитный газ выбирают в зависимости от рода свариваемых металлов, технологических задач, требований,
предъявленных к сварным соединениям и других условий[1].
Как уже убедились из анализа литературных данных, давление кислорода в углекислом газе дает положительный эффект.
Как указано в работе [1], в соответствии с разъяснениями ВИНИКреогенмаша головной организации в области кислорода, наличие смеси СО2+О2 (при содержании в смеси не более 30% кислорода) маслянистых веществ, попадающих в узел смесителя типа УКР-1-72 вместе с СО2 из газификатора, не является опасным.
Постановка задачи. Основной задачей является теоретическое и экспериментальное исследование влияния состава газовой смеси углекислого газа и кислорода - на показатели качества сварного шва при полуавтоматической сварке металлоконструкции.
Имеются многочисленные работы[1-4], в которых при сварке плавящимся электродом в
