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). |