CC BY
71
ГИДРОДИНАМИКА, ТЕПЛО- И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЭНЕРГЕТИКА
УДК 697.6
Н. Н. Жданов, Р. М. Гарипов, А. И. Хасанов
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО ПОКРЫТИЯ ДЛЯ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Ключевые слова: энергосберегающее покрытие, стеклянные микросферы, коэффициент контактной теплопроводности,
тепловое сопротивление, акриловая дисперсия.
Статья содержит сведения об областях применения энергосберегающих покрытий. Приведены свойства энергосберегающего покрытия на основе акриловых дисперсий и полых стеклянных микросфер. Разработанное энергосберегающее покрытие обладает низким водопоглощением, хорошими теплоизоляционными показателями, высокой адгезией к основе.
Keywords: heat-shielding covering, glass microspheres, the coefficient of contact thermal conductivity, thermal resistance,
acrylic dispersion.
This article contains information about application of thermal barrier coatings. This article contains the properties of energy-saving coatings based on acrylic dispersions and hollow glass microspheres. The developed energy-saving coating has low water absorption, good thermal insulation performance, high adhesion to the substrate.
Использование для теплоизоляции волокнистых минеральных или органических материалов в виде матов, требует обязательного применения антикоррозионной защиты поверхности труб, использования специального гидроизоляционного покрытия. Это приводит к существенному удорожанию работ, не исключает проникновения влажного воздуха через открытые поры матов [1]. При достижении точки росы из влажного воздуха конденсируется вода и удерживается в порах материала, приводя к его увлажнению. Повышение влажности теплоизоляционных материалов, в свою очередь, приводит к увеличению теплопроводности, снижению антикоррозионной защиты, коррозии труб, развитию плесневых грибков и, в конечном итоге, к снижению срока службы трубопроводов.
Использование алюминиевой фольги для дополнительной теплоизоляции при применении волокнистых материалов для защиты трубопроводов зачастую приводит к полному разрушению теплоизоляции.
Одним из путей устранения существующих недостатков является применение новых высокоэффективных тепло-огнезащитных композитных материалов.
В настоящее время для теплоизоляции зданий и сооружений широкое применение находят жидкие энергосберегающие составы.
Покрытия на основе энергосберегающих составов долговечны, так как не боятся воды, солнца, холода, мороза, они в меру эластичны и пожаробезопасны, они легки и не несет дополнительной нагрузки на объект, не имеют эффекта парусности, они экологически безопасны и не имеют отходов при применении, они просты в производстве работ и в ремонте.
Комплексные исследования в области использования теплозащитных покрытий (ТЗП) для снижения потерь тепловой энергии, позволили нам разработать жидкую композицию для получения ТЗП на основе акриловой дисперсии, стеклянных
микросфер и функциональных наполнителей при отверждении в течение 24 часов в естественных условиях. Благодаря уникальным свойствам, энергосберегающее покрытие может применяться в различных отраслях народного хозяйства:
- в химической промышленности для теплоизоляции реакторов, работающих с нагревом или охлаждением, что позволит снизить энергозатраты на разогрев или охлаждение реакционных масс;
- для наружной теплоизоляции зданий и сооружений и внутренней обработки помещений с целью предотвращения обмерзания и сырости стен, что значительно упростит и снизит стоимость и сроки проведения работ, улучшит микроклимат в помещениях;
- в жилищно-коммунальном хозяйстве для антикоррозионной и тепловой защиты трубопроводов горячего водоснабжения и отопления;
- в энергетике для термоизоляции парогенераторов, паропроводов, водонагревателей и теплотрасс горячего отопления и водоснабжения; для покрытия оборудования с целью защиты персонала от контактных ожогов горячими металлическими поверхностями (до 230 оС).
Были определены следующие свойства жидких композиций и ТЗП:
- плотность, по методике испытания мастик строительных, полимерных [2], с применением весов 2 класса ВЛР-200;
- содержание массовой доли сухого вещества, по методике для латексов синтетических [3], с применением весов 2 класса ВЛР-200 и шкафа сушильного СНОЛ-58/350;
- теплопроводность, по методике испытания материалов и изделий строительных [4], с применением измерителя теплопроводности ИТП-МГ «100»;
- водопоглощение, по методике испытания мастик кровельных и гидроизоляционных [5];
- прочность сцепления с металлом и бетоном, по методике испытания мастик кровельных и
гидроизоляционных, с использованием разрывной машины типа 2038;
- условная прочность при растяжении и относительное удлинение при разрыве, по методике испытания материалов полимерных эластичных материалов [6].
Свойства разработанной жидкой композиции и ТЗП на ее основе представлены в таблице 1. Видно, что разработанные ТЗП обладают высокими теплозащитными и адгезионными свойствами [7].
Таблица 1 - Свойства жидкой композиции и ТЗП на ее основе
№ п/п Наименование показателя Значение
1 Плотность в жидком состоянии, г/м3 0,50
2 Содержание сухого остатка, % 63,6
3 Водопоглощение за 24 часа по объему, % 4,1-5,7
4 Количество микросфер, масс. %. 35
5 Плотность отвердевшего покрытия, г/м3 0,35
6 Контактная теплопроводность, Вт/м К 0,041-0,065
7 Прочность сцепления с металлом, кг/см2 (отрыв когезионный по теплозащитному покрытию) 6,4
8 Прочность сцепления с бетоном, кг/см2 (отрыв когезионный по теплозащитному покрытию) 7,7
9 Условная прочность при растяжении, кгс/см2 7,1
10 Относительное удлинение при разрыве, % 14,4
В части практической оценки эффективности ТЗП на основе функционализированной акриловой дисперсии, полых стеклянных микросфер и функциональных наполнителей выполнены работы на задвижке трубопровода диаметром 76 мм подачи теплофикационной воды потребителям станции ГКС-21-2 Шеморданского ЛПУ МГ. Контролируемая задвижка находилась на открытом воздухе. Для оценки эффективности теплозащитных свойств на задвижку трубопровода нанесли 3 слоя энергосберегающего покрытия суммарной толщиной 3 - 4 мм.
В ходе испытаний теплозащитных свойств измеряли температуру наружной поверхности задвижки по 3 точкам на различных сторонах задвижки после нанесения каждого слоя покрытия. При проведении измерений температура окружающей среды составляла (- 4)- (-2) 0С.
Для измерения температуры поверхности защищаемых объектов использовали следующие диагностические приборы:
1. Для оценки качественного изменения температуры поверхности (тепловизионная съемка) тепловизор NEC 5104. Погрешность измерений инфракрасной камеры (тепловизора) составляет ± 1%.
2. Термометр «Comark N 9008» - термометр с контактными магнитными датчиками для оценки изменения температуры наружной поверхности. Погрешность измерений составляет при применении контактных датчиков ± 0,1 %
Результаты проведенной работы по оценке эффективности полимерного энергосберегающего покрытия представлены ниже в таблице 2, на рисун-
ках 1-3 и графике зависимости температуры на поверхности задвижки с увеличением толщины, нанесенного энергосберегающего покрытия.
Таблица 2 - Оценка эффективности полимерного энергосберегающего покрытия
Наименование точки измерения Время измерения температуры, Температура поверхности, 0С
mmin mmax
Поверхность без покрытия
Точка 1 1235 330,8 331,0
Точка 2 1235 229,3 229,6
Точка 3 1235 331,1 331,2
1 слой
Точка 1 1255 223,5 223,6
Точка 2 1255 223,5 224,0
Точка 3 1255 223,2 223,3
2 слой
Точка 1 1310 220,8 221,0
Точка 2 1310 117,9 118,1
Точка 3 1310 220,5 220,8
3 слой
Точка 1 1335 116,1 116,3
Точка 2 1335 115,7 115,9
Точка 3 1335 220,3 220,5
Анализ приведенных данных в табл. 2 показывает, что при применении полимерного энергосберегающего покрытия, на основе функционализи-рованной акриловой дисперсии достигнуто снижение температуры наружной поверхности контролируемой задвижки в среднем на 13,03 0С по 3 точкам измерения или на 41,8 % от максимальной температуры поверхности. Снижение разности температур поверхности задвижки и окружающей среды приводит к снижению тепловых потерь от работающей задвижки. Этот же вывод подтверждается по тепло-визионным снимкам задвижки, имеющей разное количество слоев ТЗП (рис. 1-3).На тепловизионных снимках (рис. 1-3, а) незащищенной задвижки (рис. 1, с) и защищенной 1 слоем (рис.2, с) и 3 слоями (рис. 3, с) начинают преобладать цвета, соответствующие более низким температурам (20-23 0С) по сравнению с незащищенной задвижкой (35-40 0С)
Рис. 1 - Тепловизионный снимок (а) правой стороны задвижки (с), (покрытие не нанесено)
Для оценки эффективности теплозащитных свойств, в 2010 году ТЗП была нанесена на торцевые
стены жилого дома с целью устранения промерзания и увлажнения торцевых стен квартир крайних подъездов (рис. 4, а). ТЗП наносили на северный торец дома толщиной 0,75 мм, на южный торец - 0,5 мм.
Сравнение тепловизионных снимков незащищенного торца дома (рис.4, б) и защищенного торца дома (рис.4, в) показывает практически полное исчезновение зон пробивания тепла через стену торца дома. С тех пор промерзание и увлажнение стен дома не наблюдались. В период эксплуатации домов с 2010 по 2014 г. других целевых технических мероприятий по утеплению, гидроизоляции и ремонту изоляции торцевых стен домов не проводилось.
а с
Рис. 2 - Тепловизионный снимок (а) правой стороны задвижки (с), (1 слой покрытия)
а
с
Рис. 3 - Тепловизионный снимок (а) правой стороны задвижки (с), (3 слоя покрытия)
б
Рис. 4 - Фотография жилого дома по ул. Вокзальная, д. 10, г. Нижнекамск (а), тепловизион-ные снимки не покрытого (б) и покрытого энергосберегающим составом (в) торца дома
Таким образом, разработанное энергосберегающее покрытие обладает достаточно высокими теплофизическими и эксплуатационными показателями. Нанесение защитного покрытия можно производить пневмораспылением при рабочем давлении не менее 6 атм., кистью или валиком. Не допускается наносить состав на влажную или обледенелую поверхность. Температура поверхности не должна быть ниже +7 0С. Рекомендуется работать в сухую погоду. Для повышения адгезии между покрытием и обрабатываемой поверхностью на подготовленную поверхность наносят грунтовку разбавленным составом. Первый слой покрытия наносят после высыхания грунтовочного слоя. При работе продукт в расходной емкости необходимо время от времени перемешивать, чтобы не допустить расслоения энергосберегающего состава [8].
Литература
1. Теплоизоляция. Материалы, конструкции, технологии / С.М. Кочергин [и др.]. —. М.:. Стройинформ, 2008. - 440 с.
2. ГОСТ 30307-95 Мастики строительные полимерные клеящие латексные. Технические условия. Введ 1996-04-01 - М.: Изд-во стандартов. - 1996.-9 с.
3. ГОСТ 25709-83 Латексы синтетические. Метод определения содержания сухого вещества. Введ.1984- 01-01.- М. - Изд-во стандартов. - 1984. - 3 с.
4. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Введ. 2000-04-01. - М.: Изд-во стандартов. - 2000. - 11 с.
5. ГОСТ 26589-94. Мастики кровельные и гидроизоляционные. Методы испытаний. Введ.1996-01-01. - М. - Изд-во стандартов. - 1996. - 32 с.
6. ГОСТ 29088-91. Материалы полимерные эластичные. Определение условий прочности и относительного удлинения при разрыве. Введ.1993- 01-.01- М.- Изд-во стандартов. -1993. - 4 с.
7. Гарипов Р.М. Теплофизические характеристики увлажненных теплозащитных материалов. / Р. М. Гарипов, Н. Н. Жданов, Р. Х. Фатхутдинов, В. В. Уваев, В. А. Маслов / Вестник КНИТУ-2013 № 15.- С.49-52.
8. Гарипов Р.М. Энергосберегающее покрытие на основе акриловых дисперсий и полых стеклянных микросфер. / Р. М. Гарипов, Н. Н. Жданов, Р.Х. Фатхутдинов, В. В. Уваев, В. А. Маслов / Вестник КНИТУ-2014 Т.17 №6 - с. 45-47.
© Н. Н. Жданов - аспирант кафедры ТППК, КНИТУ, nikolai-zhdanov@mail.ru; Р. М. Гарипов - д-р хим. наук, профессор, заведующий кафедрой ТППК, КНИТУ, rugaripov@mail.ru; А. И. Хасанов - канд. Техн. наук, доцент, кафедры ТППК, КНИТУ, b-100lab@mail.ru.
в
© N. N. Zhdanov - postgraduate student of the department TPPK, nikolai-zhdanov@mail.ru; R. M. Garipov - d.c.s., professor, head of the department TPPK, rugaripov@mail.ru; A. I. Khasanov - c.t.s., associate professor of the department TPPK, b-100lab@mail.ru.
