СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТОРФА В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА
1.1 Краткая историческая справка
1.2 Характеристика современного состояния изучаемой проблемы
1.3 Обзор производителей торфяных теплоизоляционных плит
1.4 Обзор устройств и систем, защищенные охранными документами
1.5 Материалы, отраженные в открытых источниках СМИ
1.6 Анализ результатов исследований
1.6.1 Сравнение материалов, защищенных охранными документами
1.6.1 Сравнение материала, представленных в открытых источниках СМИ
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ МИНЕРАЛЬНОЙ ВАТЫ
2.1 Описание теплоизоляционного материала
2.1.1 Общие сведения
2.1.2 Теплофизические свойства
2.1.3 Постановка задачи
2.2 Методика испытаний
2.3 Планирование эксперимента
2.3.1 Цель эксперимента
2.3.2 Задачи эксперимента
2.3.3 Нормативная база
2.3.4 Экспериментальное оборудование
2.3.5 Описание экспериментальных образцов
2.3.6 Последовательность действий
2.4 Описание экспериментального стенда
2.5 Результаты расчетно-экспериментальных исследований
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ОТ ВЛАЖНОСТИ ПЛИТ НА ОСНОВЕ ТОРФА
3.1 Описание теплоизоляционного материалы
3.1.1 Общее сведение
3.1.2 Теплофизические и механические свойства торфяных плит
3.2 Торфяные теплоизоляционные плиты (производство технопарк высоких технологий Автономного учреждения Ханты-Мансийского автономного округа - Югра)
3.2.1 Описание экспериментального стенда
3.2.2 Результаты эксперимента
3.3 Расчетно-экспериментальные исследования влияния влажности на теплофизические свойства строительных и теплоизоляционных материалов, изготовленных на основе торфа
3.3.1 Теплофизические и механические свойства композиционного материала на основе торфа
3.3.2 Результаты эксперимента
4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ КОММЕРЦИАЛИЗАЦИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОГО ПРОДУКТА
4.1 Расчет капитальных затрат на производство материала
4.2 Расчет сроков окупаемости
4.3 Расчет себестоимости готового продукта
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ
торфяной теплопроводимость теплоизоляционный влажность
ВВЕДЕНИЕ
На современном рынке строительных материалов имеется широкий спектр различных по своим свойствам теплоизоляционных материалов. Все они выполняются по определенным стандартам и имеют технические условия в эксплуатации с указанием их теплофизических свойств. При проведении проектных расчетов тепловых потерь зданий, для дальнейшей компенсации их системой отопления, определяют сопротивляемость ограждающих конструкций теплопередаче. На этом этапе происходит подбор вида и толщины теплоизоляционных материалов. При этом главную роль играет коэффициент теплопроводности материала, который указан производителем в паспорте материала.
Итак, коэффициент теплопроводности является основным показателем теплоизоляционных материалов, он указан в ГОСТ и паспортах к каждому материалу, но ввиду особенностей производственных процессов изготовления материалов, их хранения и монтажа возможны изменения физических свойств в связи с воздействиями различных факторов внешней среды.
Таким образом, значение фактической теплопроводности в сравнении с проектной может значительно отличаться, что может привести к увеличению тепловых потерь, в случае, если фактическая теплопроводность будет выше проектной. Если же фактическая теплопроводность будет ниже проектной, то это приведет к перерасходу теплоизоляционного материала.
В магистерской диссертации будут произведены исследования двух видов теплоизоляционных материалов: органических и неорганических.
Среди большого разнообразия теплоизоляционных изделий из органического сырья наибольший интерес представляют плиты древесноволокнистые, фибролитовые, торфяные, натуральная пробковая теплоизоляция. Данные материалы применяются для тепло- и звукоизоляции ограждающих конструкций зданий и сооружений. Преимуществом изготавливаемых плит из указанного выше сырья, где основной материал почти полностью защищен от увлажнения, а, следовательно, и от загнивания; кроме того, в процессе производства плит его подвергают обработке антисептиками и антипиренами, повышающими его долговечность. Но, существует ряд недостатков используемого сырья: длительный процесс изготовления; индивидуальное хранение готовой продукции и транспортировка.
В свою очередь неорганические теплоизоляционные материалы и изделия изготовляют на основе минерального сырья (горных пород, шлака, стекла, асбеста). К этой группе относят минеральную, стеклянную вату и изделия из них, некоторые виды легких бетонов на пористых заполнителях (вспученном перлите и вермикулите), ячеистые теплоизоляционные бетоны, пеностекло, асбестовые и асбестосодержащие материалы, керамические и др. Эти материалы используют как для утепления строительных конструкций, так и для изоляции горячих поверхностей промышленного оборудования и трубопроводов. Развитие современного индустриального строительства связано с созданием и повышением качества теплоизоляционных материалов. При этом наибольший интерес представляют теплоизоляционные материалы на минеральной основе, не подверженные гниению и более долговечные, чем материалы из растительного волокна. Однако нельзя не сказать и о недостатках используемого материала в качестве утеплителя в жилых зданиях и сооружениях, так как при увлажнении и горении данного материала в атмосферу вырабатывается вредные вещества.
В данной работе, рассмотрены неорганические теплоизоляционные материалы из минеральной ваты и органические теплоизоляционные материалы, выполненные на основе торфа. При исследовании теплоизоляционных материалов выявлены зависимости теплопроводности от величины относительной влажности материала. Влажность плиты может быть изменена в ходе неправильного хранения, транспортировки, монтажа, а также воздействия условий окружающей среды (осадки, влажность воздуха).
Итак, выполнив все исследования, а именно: определение зависимости теплопроводности от относительной влажности у неорганических и органических теплоизоляционных материалов; выявление закономерностей теплопроводности от физических свойств у органических материалов; изготовление композиционного теплоизоляционного материала на основе торфа (экспериментальный подбор компонентов), после чего можно будет сделать выводы об экономической выгоде определения фактической теплопроводности теплоизоляционных материалов и поддержании ее в постоянном значении.
Актуальность. Согласно ФЗ № 261 от 23.11.2009 “Об энергетической эффективности” [1], актуальность данных исследований основывается на следующих принципах:
1. Эффективное и рациональное использование энергетических ресурсов;
2. Поддержка и стимулирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
3. Системность и комплексность проведения мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности;
4. Планирование энергосбережения и повышения энергетической эффективности;
5. Использование энергетических ресурсов с учетом ресурсных, производственно - технологических, экологических и социальных условий.
Помимо данного федерального закона используются основные ГОСТ ЕN 1609-2011 “Изделия теплоизоляционные, применяемые в строительстве. Методы определения водопоглощения при кратковременном частичном погружении” [2] и СП 50.13330.2012 “Тепловая защита зданий” [3].
Согласно этим законам и стандартам, требования изделий теплоизоляционных и тепловой защиты зданий должны быть обоснованы расчетами.
В настоящее время энерго- и ресурсосбережение -- одна из важнейших проблем современного строительства. Её решение достигается, прежде всего, посредством применения наружных ограждающих конструкций с новыми эффективными теплоизоляционными материалами. Решение проблемы энерго- и ресурсосбережения в строительстве вызвало необходимость повышения точности определения теплофизических свойств теплоизоляционных строительных материалов.
Однако отсутствие методов расчёта теплопроводности эффективных теплоизоляционных строительных материалов и методов расчёта сорбционных характеристик теплоизоляционных строительных материалов, а также ошибочная методология измерения теплопроводности теплоизоляционных строительных материалов являются причиной завышения расчётных значений теплофизических показателей строительных материалов и, как следствие, причиной увеличения материалоёмкости ограждающих конструкций зданий.
Решение этих задач достигается путём разработки методов расчёта и методов экспериментального определения теплофизических показателей теплоизоляционных строительных материалов с учётом их структуры и особенностей эксплуатационных воздействий, которые позволяют получить более точную информацию об этих показателях.
Цель работы. Получение продукта переработки торфа и разработка новых технологий производства теплоизоляционных торфяных плит с определением гидрофобности и применением экологически чистых природных материалов (строительный гипс, эпоксидная смола).
Задачи работы:
1. Возможность использования торфа как теплоизоляционный материал;
2. Определение состава теплоизоляционных плит на основе торфа;
3. Определение фактической плотности готового продукта, изготовленного в лабораторных условиях;
4. Выявление и сравнение зависимостей коэффициента теплопроводности от относительной влажности неорганических и органических материалов;
5. Разработка технико-экономического обоснования коммерциализации разрабатываемого продукта.
Объект исследования. Объектом исследования является теплоизоляционный материал из неорганического и органического сырья, а именно: минеральная вата; торфяные плиты Ханты-Мансийского автономного округа - Югра; плиты, изготавливаемые на основе торфа с добавлением органических реагентов в лабораторных условиях.
Предметом исследования. Предметом исследования являются получение теплоизоляционного материала для исследования теплофизических и механических характеристик, определения технико-экономического обоснования полученного продукта.
Апробация работы:
а) хозяйственно-договорная работа:
1. “Исследование теплофизических свойств торфо-древесных композиционных материалов” по договору № 20-2/2-2016 от 18.01.2016г. Заказчик ООО “МИП “Югра-Биотехнологии”.
б) принятие участия в конференциях и мероприятиях:
1. Межрегиональная научная конференция X ежегодной сессии аспирантов и молодых ученых. Секция: Теплогазоснабжение, вентиляция, кондиционирование и промышленная теплоэнергетика. 23 ноября 2016 г. Доклад “Анализ возможности применения торфа в качестве теплоизолятора ограждающих конструкций в жилищно-коммунальном секторе”;
2. Первый международный научно-инновационный форум Инновологда 2016. 23-25 ноября 2016г. Доклад: “Анализ возможности применения торфа в качестве теплоизолятора ограждающих конструкций”;
3. Science Slam Vologda. 25 ноября 2016 г. Доклад: “Торф лучше торта”;
4. Программа “Умник”. Секция: Современные материалы и технология их создания. Область техники: Строительные материалы и изделия. 29 ноября 2017 г. Доклад “Технология получения композиционного теплопроводного материала”;
5. 47-я Студенческая научно-техническая конференция ВоГУ. Секция: Теплогазоснабжение, вентиляция и промышленная теплоэнергетика. 16 марта 2018 г. Доклад “Получение нового композиционного материала на основе торфа”;
6. Международная научная конференция “Молодые исследователи - регионам”. Секция: Теплогазоснабжение, вентиляция, кондиционирование воздуха и промышленная теплоэнергетика. 17 апреля 2018 г. Доклад “Технология получения нового композиционного материала на основе торфа”.
в) публикации по теме исследования: “Расчетно-экспериментальные исследования влияния влажности на теплофизические свойства строительных и теплоизоляционных материалов, изготовленных на основе торфа”:
1. Анализ возможности применения торфа в качестве теплоизолятора ограждающих конструкций в жилищно-коммунальном секторе. Сборник: Материала межрегиональной научной конференции X Ежегодной научной сессии аспирантов и молодых ученых. 4 т. Министерство образования и науки Российской Федерации; Вологодский государственный университет. 2016 г. с. 113-117;
2. Расчетно-экспериментальные исследования влияния влажности на теплофизические свойства строительных и теплоизоляционных материалов. Сборник: Приборостроение и автоматизированный электропривод в топливно-энергетическом комплексе и жилищно-коммунальном секторе в сборнике материалов III Поволжской научно-практической конференции. 2 т. 2017 г. с. 313-318;
3. Получение нового композиционного теплоизоляционного материала на основе торфа. Сборник: Материалы международной научно-практической конференции “Перспективы использования материалов устойчивых к коррозии в промышленности республики Таджикистан”. 1 т. 28 майя 2018 г. с. 215-217.
4. Технология получения нового композиционного материала на основе торфа. Сборник: Материалы международной научной конференции (Вологда, 16-20 апреля 2018г.) 4т. Министерство образования и науки Российской Федерации; Вологодский государственный университет. 2018г. (в публикации).
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ ТОРФА В КАЧЕСТВЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО МАТЕРИАЛА