Энергосберегающая защита наружных ограждений лакокрасочными покрытиями нового поколения

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экономические науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

7/)П11 ВЕСТНИК _?/2°22_МГСУ
ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ ЗАЩИТА НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ ЛАКОКРАСОЧНЫМИ ПОКРЫТИЯМИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
PROTECTION OF EXTERNAL PROTECTIONS BY PAINT AND VARNISH COVERINGS OF NEW GENERATION FOR ENERGY
SAVINGS
Д. Ю. Королев, O.B. Тертычный, B.H. Семенов Д. Н. Китаев, T.B. Щукина
D. Korolev, O. Tertychnyi, V. Semenov D. Kitaev, T. Shchukina
Воронежский ГАСУ
Экспериментальные данные по теплопроводности покрытия, полученного посредством нанесения окрасочного состава Moutrical, показали его соответствие теплоизоляционным материалам. Получаемая толщина слоя не позволяет достичь значительного энергосбережения, но при отсутствии условий для проведения традиционных мероприятий по утеплению здания, в том числе и по причине их высокой стоимости, фасадное окрашивание кластерными структурами способно снизить нагрузку на системы отопления зданий.
Experimental data on heat conductivity of the covering which were received by using the Moutrical paint, have shown its conformity to warming materials. The received thickness of a layer does not allow to reach considerable savings of energy, but in the absence of conditions for carrying out of traditional actions for building warming including because of their high cost, front colouring unit such materials is capable to lower loading on systems of heating of buildings.
Появившиеся на Российском рынке фасадные краски «Наноакрил™-фасад», «Те-плокрас», «Теплос-топ», «Аврора», «Корунд», «Moutrical» и т. д. характеризуются низкой теплопроводностью, которая может достигать по сведениям производителей столь низкой величины как 0,001 Вт/(м-°С). Такой порядок значений коэффициента теплопроводности позволяет при окраске здания сократить потери теплоты через наружные ограждения, что при значительных размерах объектов застройки может обеспечить существенную экономию энергии [2].
Производители новых окрасочных материалов, как правило, не приводят точных сведений по теплотехническим параметрам выпускаемой продукции и не рассматривают влияние на эксплуатационные показатели количества нанесенных слоев. Поэтому возникает потребность в проведении исследований свойств появляющихся на Российском рынке фасадных красок, создающих в какой-то мере эффект тепловой изоляции.
При нанесении лакокрасочного материала, в том числе и в несколько слоев, на пористую и шероховатую поверхность, характерную для большинства строительных
ВЕСТНИК 7/2011
материалов, покрытие по своей структуре получается неоднородным, что влияет на его теплотехнические свойства. Несмотря на незначительную толщину получаемого защитного слоя на внешней поверхности ограждения, низкая теплопроводность материала приведет к сокращению потерь теплоты в холодный период года. Для того, чтобы оценить достигаемое в этом случае энергосбережение, исследуем температурный режим наружного ограждения с учетом влияния изменения теплопроводности лакокрасочного материала МоШпса1, вызванного многократным нанесением состава.
С учетом указанных предположений и ограниченности имеющихся сведений по теплозащитным свойствам покрытий, рассмотрим несколько возможных вариантов тепловых процессов в наружной стене в холодный период года.
Предположим, что при постепенном нанесении нескольких слоев лакокрасочного материала после полного высыхания каждого, теплопроводность получаемого защитного покрытия будет изменяться в зависимости от координаты х, направленной от поверхности строительной конструкции в рассматриваемый слой покрытия в соответствии с рис. 1. При этом изменение коэффициента теплопроводности в процессе потерь теплоты в окружающую среду будет происходить в первом приближении по линейной зависимости, а при более точных аппроксимациях по квадратичной и экспоненциальной:
= Ь + Ь X- (1)
Лм — Ь0 + Ь1X + Ь2 X2- (2)
ям = Ьо еЬ1Х, (3)
где: х — координата, направляемая от поверхности основного конструктивного слоя наружного ограждения в энергосберегающее покрытие (см. рис. 1), м- Ь0, Ь1, Ь2 — постоянные коэффициенты, определяемые экспериментальным исследованием теплопроводности покрытия, полученного в результате многослоевой окраски.
Рассматривая тепловой режим ограждений в холодный период года, следует отметить, что среднесуточное колебание температуры наружного воздуха будет незначительным и это дает основание считать процесс стационарным и соответствующим уравнениям [1, 5]:
а21 А
— о — (4)
ах
аг ан ах хм
(гяп — гн), (5)
где: гнп, гн — температура на наружной поверхности ограждения и наружного воздуха, °С- Хм — коэффициент теплопроводности материала покрытия для строительной конструкции, Вт/(м-°С) — ан — коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции, Вт/(м2-°С).
7/2011
ВЕСТНИК
Рис. 1. Схема наружного ограждения с теплоизоляционным покрытием: ?н ?в — температура наружного и внутреннего воздуха- дм — толщина покрытия МоиМ-
са1
Интегрируя выражение (5) при подстановке в него зависимостей (1, 2, 3) и использовании граничного условия:
при х=0, (6)
получаем следующие распределения температуры в слое рассматриваемого покрытия: при линейном изменении теплопроводности
= * Г,(1п| Ьо + Ь х — 1п| Ьо) —
(7)
при квадратичном изменении теплопроводности:
при Ь12 — 4Ь0 Ь2 & gt- 0
* * ГР
ан нп * н)

1п
2Ь2 X + Ь1 -4в
2Ь2 х + Ь1 +4в
— 1п
Ь1 +у[в
Ь-4в
(8)
при Ь12 — 4Ь0 Ь2 & lt-0
* _ f _ 2 ан нп * н)

^ (2Ь2 х + Ь Л ате^
V V

— ате^
i 1 \ Ь1


(9)
при экспоненциальном
* = *
а
н
ГР
Ь0 Ь1
'-(/ нп * Н)| 1 Ь
еЬх —
(10)

где: 1ГР — температура на границе оштукатуренной поверхности наружного ограждения и окрасочного материала, °С- В — принятое обозначение В = Ь12 — 4Ь0Ь2.
Перепишем полученные уравнения (7, 8, 9, 10) с учетом достигаемого в покрытии температурного перепада & amp- = tГР — t и после незначительных преобразований: при линейном изменении теплопроводности
ая At = -
нп t н)
?1
1п
Ь0 + Ь1 х
к
(11)
при квадратичном изменении теплопроводности:
^ = 1п
^ = 2

ан нп ~t н)
2Ь2 х + Ь1 -4В
2Ь2 х + Ь1 +4В
л/В
аг^
К
Г1Ь2 х + ?1Л
— аг^
'- Ь, ^



(12)
(13)
при экспоненциальном
а.
д'- = Ьк- ~'-'-)(1& quot- & gt-
(14)
Предположим, что изменение теплопроводности при ее осредненном значении равном 0,01 Вт/(м-°С) происходит по трем возможным вариантам. Тогда, входящие в выражение (1) коэффициенты Ь0 и Ь1 примем равными: 1-й вариант — Ь0=0,001, Ь1=9,5- 2-й вариант — Ь0=0,004, Ь1=6- 3-й вариант — Ь0=0,008, Ь1=2. При использовании уравнения (2) и указанного осредненного значения теплопроводности коэффициенты будут составлять: 1-й вариант — Ь0=0,001, Ь1=10, Ь2=-1000- 2-й — Ь0=0,004, Ь1=7, Ь2=-1000- 3-й — Ь0=0,008, Ь1=3,5, Ь2=-1500. При экспоненциальной зависимости (3) Ь0 и Ь1 принимают следующие значения: 1-й — Ь0=0,001, Ь1=2303- 2-й — Ь0=0,004, Ь1=916- 3-й — Ь0=0,008, Ь1=223.
Для определения коэффициента теплоотдачи можно воспользоваться формулой [3]:
ан = 7,34Г
0,656
+ 3,78е
-1,91 V
или зависимостью [5]
ан = 5,2 + 2,1К,
(15)
(16)
где V — среднемесячная скорость ветра для конкретного климатического района, м/с.
Коэффициент теплоотдачи, полученный по выражениям (15, 16) для Воронежской области при среднемесячной скорости ветра в январе, существенно не отличается от нормативного 23 Вт/(м2-°С) [4], который следует использовать в дальнейших расчетах. Температурный перепад между внешней поверхностью наружного ограждения, с учетом толщины энергосберегающего покрытия, и наружным воздухом, как правило, не превышает 1−1,5 1 °C, что учено при определении тепловых режимов.
Прогнозируемые значения коэффициентов Ъ0, Ь1, Ь2, определяющие теплопроводность окрасочного кластерного материала оказывают существенное влияние на изменение температуры в покрытии (рис. 2, 3, 4).
Как показывают результаты расчетов, столь пренебрежимо тонкий слой покрытия Moutrical позволяет сдерживать падение температуры в основной конструкции наружной стены. Характер изменения температурного режима позволяет заключить, что наибольшее влияние оказывает меньшее количество наносимых слоев, общая толщина которых не превышает 0,001 м.
0,001 0,002 5 м, м
Рис. 2. Изменение температурного перепада в слое окрасочного материала, нанесенного на внешнюю поверхность наружного ограждения, при линейном изменении теплопроводности:
1 — Ъо=0,001, Ъх=9,5- 2 — Ъ)=0,004, Ъ1=6- 3 — Ъ)=0,008, Ъ=2
Отличительной особенностью полученных по выражению (14) температурных режимов (рис. 4) является их резкое возрастание при высокой степени экспоненты, что является нехарактерным для рассматриваемого процесса потерь теплоты. Кривые под номером 3 (рис. 2, 3, 4) практически совпадают для всех полученных зависимостей, что позволяет предположить о более точной оценке посредством этих уравнений падения температур.
Учитывая хорошую сходимость конечных результатов линейной и квадратичной модели, а также при применении экспоненциального распределения, необоснованно высокий рост разницы температур на границе основного конструктивного слоя и в покрытии МоШпса1 можно сделать вывод, что большую точность в описании теплового режима обеспечивает степенная зависимость. Переход на полиномы с увеличением показателя степени обеспечит более высокую доверительную вероятность уравнений регрессии (более 0,95) полученным по экспериментальным данным. Но в этом случае интегрирование выражения (5) дает решение, максимально усложненное для проведения инженерных расчетов.
Учитывая все перечисленные особенности полученных температурных режимов, можно заключить, что наиболее рациональным является предположение об изменении
теплопроводности в результате кластерного структурирования в окрасочном покрытии в соответствии с выражением (2).
°с
7 6 5 4 3 2 1


2


з_


0 0,001 0,002 м
Рис. 3. Распределение температуры в слое покрытия на внешней поверхности наружного ограждения по зависимости (12): 1 — ?0=0,001, ?1=10, ?2=-1000- 2 — ?0=0,004, Ъх=1, ?2=-1000- 3 — ?о=0,008, ?1=3,5, ?2=-1500 ли


1

2


з_


0,001 0,002
би, М
Рис. 4. Изменение температурного перепада на поверхности с учетом экспоненциальной зависимости теплопроводности: 1 — ?0=0,001, ?1=2303- 2 — ?0=0,004, ?1=916- 3 — ?0=0,008, ?1=223
Подтверждение данного предположения было получено при выполнении экспериментальных исследований, которые проводились для повышения достоверности двумя способами:
— на первом этапе с помощью прибора для определения теплопроводности материалов ИТС-1 были получены значения коэффициентов теплопроводности силикатного кирпича, цементно-песчаного раствора и покрытия-
-на втором этапе фрагмент стены с нанесенным покрытием в качестве ограждающей конструкции был смонтирован на морозильную камеру, с помощью которой создавался тепловой поток и градиент температуры.
В качестве температурных датчиков использовались поверхностные термоэлектрические преобразователи ДТПЬ011−0,5/1,5. Измерения показаний температур производились с помощью восьмиканального измерителя УКТ-38 (ОВЕН). Оцифровка и фиксация результатов измерений осуществлялась с помощью адаптера сети АС-2(ОВЕН) в комплекте с портативным ПК (ACER) в режиме online с периодом записи 5 мин.
Итоговые результаты экспериментальных исследований приведены на рис. 5.
0,009 108 О 107
о
S
106 105 104
ICQ
J
S3 о х Ч о ш
о 103 а
g 102
с
(r)
I- 101

г

1
… ?А 4 2

J^r «3
*
0,0005 0,001 0,0015
Толщина покрытия, м
0,002
0,0025
Рис. 5. Теплопроводность покрытия: 1 — линейная зависимость (17) с погрешностью 0,0112- 2 — квадратичная (18) с погрешностью 0,0046- 3 — экспоненциальная (19) с погрешностью 0,0283
Аппроксимация полученных данных в соответствии выдвинутыми ранее предположениями показала, что зависимости (1, 2, 2) при различной доверительной вероятности будут иметь вид:
Лм =-0,0002 + 3,537X-
Лм = 0,0006 + 2,137x + 513,92×2-
Лм = 0,0012e878,75х.
(17)
(18) (19)
При повышении показателя степени до кубического было получено выражение:
0
ВЕСТНИК 7/2011
AM = 0,0002 + 3,2349х — 417,97×2 + 226 794×3, (20)
которое более адекватно описывает изменение теплопроводности. Учитывая, что выражение (18) дает погрешность всего лишь на 0,0003 больше, чем в уравнении (20), то для удобства проведения расчетов следует использовать полученную на его основе зависимости (12, 13), которые обладает требуемой достоверностью результатов.
Для выполнения исследований одновременно включались в работу морозильная камера и система сбора информации, а затем производились необходимые измерения, которые впоследствии математически обрабатывались.
Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований лакокрасочного материала Moutrical позволяют отнести его к энергосберегающим покрытиям, которые целесообразно применять для сокращения теплопотреблений, особенно для зданий, представляющих историческую и архитектурную ценность, так как рекомендуемое утепление ограждений с их наружной стороны известными средствами в данном случае не может быть осуществлено.
Литература
1. Беляев Н. М., Рядно A.A. Методы теории теплопроводности. — М.: Высш. школа, 1982. -Ч. 1. — 327 с.
2. Королев Д. Ю. Семенов В.Н. Современные методы повышения тепловой защиты зданий// Молодой ученый. 2010. № 3(14). — с. 26 — 29.
3. Кувшинов Ю. Я. Энергосбережение в системе обеспечения микроклимата зданий. — М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2010. — 320 с.
4. СНиП 23−02−2003. Тепловая защита зданий.- М.: ГУП ЦПП, 2004. — 25 с.
5. Фокин К. Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий/ Под. Ред. Ю. А. Табунщикова, В. Г. Гагарина. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2006. — 256 с.
Lierature
1. Beljaev N.M., Rjadno A. A. Method of the theory of heat conductivity. — M: the Higher school, 1982. — 4. 1. — 327 p.
2. Korolev D.U., Tertychnyj O.V., Semenov V.N. Modern methods of increase of thermal protection of buildings//the Young scientist. 2010. № 3 (14). — p. 26 — 29.
3. Kuvshinov U.A. Savings of energy in system of support of a microclimate of buildings. — M: Publishing house Associations of building high schools, 2010. — 320 p.
4. BSaR 23−02−2003. Thermal protection of buildings. — M: SUE TSPP, 2004. — 25 p.
5. Fokin K.F. Building of the heating engineer of protecting parts of buildings/ Under Edition J.A. Tabunshchikova, V.G. Gagarin. — M: AVOK-PRESS, 2006. — 256 p.
Ключевые слова: новые лакокрасочные материалы, энергосбережение
Keywords: new painting materials, energy savings
e-mail: svn@vgasu. vrn. ru, Vittorea@yandex. ru, Dim. Kit@rambler. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой