Overview of advanced design solutions for vacuum heat-insulation panels to use in building and construction industry

Толық мәтін

Вакуумные теплоизоляционные панели (VIP) в общем случае представляют собой плоские элементы, наполнителем в которых является пористый материал, обеспечивающий формоустойчивость под внешней нагрузкой и атмосферным давлением. Наполнитель помещается в практически газонепроницаемую оболочку, чтобы сохранять заданное качество вакуума. Сопротивление теплопередачи вакуумной теплоизоляции в пять-десять раз лучше, чем у традиционных утеплителей, таких как пенополистирол и минеральная вата. Благодаря подобным характеристикам вакуумная теплоизоляция может обеспечить непревзойденный уровень тепловой защиты при незначительной толщине теплоизоляционных изделий.

Применение наноструктурированных наполнителей дает возможность создавать утеплители с крайне малым значением коэффициента теплопроводности при существенно менее жестких требованиях к конструкции теплоизоляционной системы и степени разрежения внутри панели. Рекомендуемые свойства материалов для применения в вакуумной теплоизоляции и основные положения расчета теплоизоляционных систем указанного типа были анонсированы еще в 60-е годы прошлого века [1; 2].

Основная составляющая переноса тепла в пористых порошковых структурах приходится на теплопередачу газами, находящихся в порах. Чем меньше размеры пор или пустот материала и разветвлена его структура, тем при меньшем значении давления в панели достигается состояние, при котором исключается передача энергии конвекцией газа в объеме материала наполнителя. Например, в высокопористом материале с характерным размером пор 10⁻⁸ м передача тепла через молекулы воздуха практически исключается уже при давлении в 100 Па. Большинство наполнителей ВИП панелей при высоких показателях уровня вакуума имеют сопоставимые теплотехнические свойства; заметная разница между ними становиться очевидной при увеличении давления внутри панели до 10-100 Па.

В последнее десятилетие, ввиду роста цен на энергоресурсы, наблюдается рост интереса к исследованию и применению вакуумной теплоизоляции в строительстве, машиностроении и криогенной технике. Вследствие этого появляются новые решения, конструкции и технологические подходы. Так, авторы [3; 4] предлагают конструкции панелей наполнителем из наноструктурированного диатомита с добавлением инфракрасных глушителей и поглотителей влаги. В [5] описана конструкция панели, схожая по составу, но с защитно-декоративной облицовкой из стекла и латонита. Известно решение вакуумной теплоизоляционной плиты на основе модифицированного диатомита, которая упакована в оболочку из термостойкого полимера и заключена в жесткую пенополиуретановую оболочку- форму, выполненную из двух частей, входящих друг в друга и соединённых между собой полиуретановым клеем [6].

Встречаются решения вакуумной теплоизоляции с применением в качестве наполнителя пенопластов. Например, автор [7] предлагает изделие, состоящее из фасонной детали на основе жесткого пенополиуретана и покрывающей фасонную деталь многослойной фольги, включающей полиэтилен. Фасонная деталь получается в результате прессования и формования массы измельченного жесткого пенополиуретана со связующим на основе полиизоцианата. Для освобождения детали от летучих компонентов предполагается отжиг заготовки при температуре от 100 до 200 ºС. В [8] предложено в качестве наполнителя ВИП использовать многослойный склеивающийся теплоизоляционный материал, включающий в себя алюминиевую фольгу, пластик и бумагу, нарезанный на кусочки размером не более 10 мм, а сама панель изготовлена посредством горячего прессования под давлением непосредственно в гибкой оболочке.

Наиболее перспективным видится использование вакуумной теплоизоляции в составе трехслойных (многослойных) конструкций. Авторы [9] разработали стеновую многослойную панель, заключенную в два защитных слоя, выполненных из металлических листов. Теплоизоляционные слои из ВИП панелей, уложенных послойно в ряды с перевязкой швов преимущественно в соседних слоях таким образом, что один теплоизоляционный слой смещен относительно другого на расстояние не менее толщины слоя, но не более ½ горизонтального размера одного слоя. Вакуумная теплоизоляция отделена от обшивок двумя защитными слоями из пенополиуретана. Все слои скреплены между собой клеящей композицией.

Известно о конструкции трехслойной стеновой панели, состоящей из облицовки, выполненной из высокопрочного бетона, несущего элемента из керамзитобетона и внутреннего элемента из вакуумной теплоизоляции в термостойкой оболочке. Совместная работа всех слоев обеспечивается за счет каркаса в виде замкнутой прямоугольной рамы из композитного швеллера с перемычками, противоположные концы которых продлены до боковых поверхностей панели, выполненными открытыми в виде монтажных проемов. Армирующая сетка, расположенная в наружном бетонном слое, соединена с каркасом по его контуру гибкими связями [10].

Производство вакуумных теплоизоляционных панелей (ВИП) в наше время уже налажено в США, Западной Европе, Китае и Японии. Они находят применение в технике низких температур (холодильники и морозильные комнаты категории энергопотребления А+ и выше) и в строительстве энергоэффективных (пассивных и активных) зданий. На сегодняшний день технология производства ВИП панелей проходит этап полномасштабного тестирования и освоения на строительных площадках развитых стран. Следующим шагом должно стать массовое производство и внедрение в строительную отрасль. Катализатором данного процесса служит политика энергосбережения стран Европы, Скандинавии, Японии и США.

Благодаря своим уникальным теплозащитным характеристикам ВИП панели имеют огромный потенциал применения в строительстве, реконструкции и машиностроении.

Наиболее очевидны преимущества ВИП при наличии существенных пространственных ограничений, что является актуальной проблемой в отечественной и мировой практике реконструкции зданий с высокой исторической ценностью.

Авторлар туралы

N. Kiselev

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: ogarevonline@yandex.ru
Ресей

O. Liyaskin

Email: ogarevonline@yandex.ru
Ресей

M. Mukhanov

Email: ogarevonline@yandex.ru
Ресей

D. Karandashov

Email: ogarevonline@yandex.ru
Ресей

Әдебиет тізімі

Қосымша файлдар