ВЛИЯНИЕ КРАСКИ С УТЕПЛЯЮЩИМИ СВОЙСТВАМИ ТЕПЛОС-ТОП НА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ

АННОТАЦИЯ

Определить влияние тонкопленочного покрытия на теплотехнические характеристики ограждающих конструкций.

Ключевые слова: краска, тонкопленочное покрытие, ограждающие конструкции, утепление, теплопередача, сопротивление.

Наиболее значительные теплопотери в зданиях происходят через наружные стеновые ограждения и окна. В связи с этим существует необходимость в появлении новых утепляющих материалов, в том числе и тонкопленочных энергоэффективных покрытий.

Традиционные строительные материалы – железобетон, кирпич, дерево, не способны в однослойной ограждающей конструкции обеспечить требуемое значение термического сопротивления и необходимый класс энергоэффективности здания. Это может быть достигнуто лишь в многослойной ограждающей конструкции, где в качестве утеплителя применяется эффективный теплоизоляционный материал, такой как минеральная или каменная вата, пенополистирольные утеплители и т.д. При этом, самый популярный в настоящее время способ утепления фасадов по расположению утеплителя в ограждающей конструкции – это снаружи ограждающей конструкции, так как это позволяет экономить эффективную площадь помещения, а также предохраняет ограждающую конструкцию от внешних воздействий. Внутреннее утепление применяется только тогда, когда невозможно по каким-либо причинам выполнить внешнее, но это может привести к таким проблемам, как образование конденсата внутри помещения. В данной работе была рассмотрена эффективность применения краски «Теплос-Топ» в качестве наружного утепления. В качестве исследуемого образца был выполнен фрагмент ограждающей конструкции из материала «Сотоблок» толщиной 250 мм, поверх которого была нанесена краска «Теплос-Топ». Размеры образца составили 1,5х1,5 м. Были определены значения термического сопротивления через исследуемый образец без нанесенной краски и с ней.

Исследование проводилось с 1 сентября 2017 года по 22 апреля 2017 года в лаборатории ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)». Для создания перепада температур использовалась климатическая камера КХТВ-24. В ходе эксперимента выполнялся замер тепловых потоков и температур поверхностей образца и воздуха на необходимом удалении от образца с помощью ИТП «Поток». Наблюдение и определение мест установки датчиков велось с помощью тепловизора Testo 825-2 и Flir E60. Все исследования проводились согласно ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» [1].

Определение термических свойств фрагмента ограждающей конструкции без утеплителя.

Для определения характеристик ограждающей конструкции был возведен на передвижном подиуме фрагмент стены из материала «Сотоблок» по рекомендуемой производителем технологии с использованием клеевого состава и минимальными зазорами между блоками, что позволило минимизировать влияние шва на теплотехнические характеристики стены.

После полного высыхания и затвердевания клеевого состава, а также прохождения периода акклиматизации материала в окружающих условиях лаборатории проводился непосредственно сам экспериментальный замер.

Датчики теплового потока q₁, q₂, q₃, q₄ были установлены со стороны «теплого помещения» в центральной части конструкции на разном удалении друг от друга для оценки влияния неоднородности конструкции на теплопередачу (рис. 1).

Рисунок 1. Исследуемая конструкция из материала Сотоблок, прижатая к технологическому отверстию климатической камеры КХТВ-24 для моделирования перепада температур

Датчики температур располагались как внутри камеры – с «холодной» стороны, так и с «теплой» стороны. Датчик температуры t₁ располагался на удалении от стенки и камеры, для фиксирования температуры воздуха в помещении. Датчики температуры t₂ и t₃ приклеивались (через пасту КПТ-8) непосредственно на стенку с «теплой» стороны. Датчики температур t₄ и t₅ приклеивались (через пасту КПТ-8) на стенку со стороны «холода». Датчик температуры t₆ был закреплен внутри климатической камеры для фиксирования температуры холодного воздуха в камере.

Фиксирование данных с прибора происходило в течении полных 24 часов через каждые 2 минуты и сохранением их в памяти устройства, с последующей передачей на компьютер и дальнейшей обработки. По завершению 24 часов был произведен тепловизионный контроль с «теплой» стороны помещения (рис. 2).

Рисунок 2. Термограмма фрагмента ограждающей конструкции из материала Сотоблок

Согласно ГОСТ 26254–84 «Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций» [2] сопротивление теплопередаче R определялось по формуле (1):

                                  (1)

Термическое сопротивление Сотоблока, определялось по формуле (2):

                                                    (2)

где: t₊ – температура воздуха «теплого» помещения, соответствует температуре t₁, ^оС;

t _– – температура воздуха холодного помещения, соответствует температуре t₆, ^оС;

t_пов+ – температура поверхности конструкции со стороны «теплого» помещения, соответствует среднему значению температур t₂ и t₃, ^оС;

t_пов- – температура поверхности конструкции со стороны «холодного» помещения, соответствует среднему значению температур t₄ и t₅, ^оС;

q_{среднее} – среднее значение теплового потока через конструкцию, Вт/м²;

В результате расчета получились следующие характеристики для исследуемой модели ограждающей конструкции из Сотоблока:

R₁=1.45 (м²°С)/Вт

R₁=1.27 (м²°С)/Вт

Определение теплотехнических свойств фрагмента ограждающей конструкции с нанесением краски.

Краска с утепляющими свойствами Теплос-Топ наносилась на ранее исследуемый объект из материала Сотоблок в несколько этапов с контролем толщины слоя краски и замером теплотехнических характеристик на каждом этапе.

Первый этап – толщина слоя краски 0,5 мм.

Краска наносилась согласно методике, рекомендуемой производителем – поверхность очищалась от грязи и пыли, затем грунтовалась универсальной грунтовкой, для улучшения сцепления краски с материалом. Слой краски в 0,5 мм достигался путем нанесения поочередно нескольких слоев – на площадь 1300х1300 мм (размер технологического отверстия в камере КХТВ-24) краска наносилась вручную малярной кистью. После высыхания загрунтованного слоя, краска наносилась на поверхность стены кисточкой в 5 этапов – каждый последующий слой после высыхания предыдущего. После 5-го нанесения, для контроля толщины слоя вырезались три кусочка слоя краски в разных местах на поверхности. Толщина измерялась механическим штангенциркулем. После получения необходимой толщины слоя краски, поверхность оставалась полностью высыхать на 5 дней, для ее полной полимеризации. Влажность материала контролировалась универсальным влагомером.

По достижению полной полимеризации, проводилось второе испытание модели ограждающей конструкции из Сотоблока с нанесением слоя 0,5 мм краски. Вся процедура эксперимента была идентичной первому эксперименту, с тепловизионным контролем после 24 часов.

Рисунок 3. Термограмма поверхности материала Сотоблок и краски толщиной 0,5 мм. Значения температур в контрольных точках с термограммы: М1 - 18,3 °С; М2 - 18,4 °С; М3 - 19,2 °С; М4 - 19,5 °С

В соответствии с данными с прибора «Поток», вычислялись характеристики для слоя в 0,5 мм, исследуемой модели ограждающей конструкции из Сотоблока:

R₂=1.47 (м²°С)/Вт

R_k2=1.35 (м²°С)/Вт

Второй этап – толщина краски 1 мм.

Рисунок 4. Термограмма поверхности материала Сотоблок и краски толщиной 1 мм. Значения температур в контрольных точках с термограммы: М1 - 19,2 °С; М2 - 19,6 °С; М3 - 19,4 °С; М4 - 19,1 °С

После полной полимеризации слоя краски проводился третий замер теплотехнических характеристик.

В результате расчета были определены следующие характеристики для исследуемой модели ограждающей конструкции из Сотоблока:

R₃=1.59 (м²°С)/Вт

R_k3=1.46 (м²°С)/Вт

Третий этап – толщина краски 1,5мм.

Рисунок 5. Термограмма поверхности материала Сотоблок и краски толщиной 1,5 мм. Значения температур в контрольных точках с термограммы: М1 - 20,1 °С; М2 - 19,8 °С; М3 - 20,4 °С; М4 - 19,7 °С

В результате подсчета получились следующие характеристики для исследуемой модели ограждающей конструкции из Сотоблока:

R₄=1.63 (м²°С)/Вт

R_k4=1.55 (м²°С)/Вт

Четвертый этап – толщина краски 2,0мм.

Рисунок 6. Термограмма поверхности материала Сотоблок и краски толщиной 2 мм. Значения температур в контрольных точках с термограммы: М1 - 20,1 °С; М2 – 20,6 °С; М3 - 20,4 °С; М4 - 20,7 °С.

Расчет дал следующие значения для 2 мм толщины слоя краски:

R₅=1.72 (м²°С)/Вт

R_k5=1.63 (м²°С)/Вт

Полученные результаты сведены в общую таблицу (Таблица 1) для всех экспериментальных замеров:

Итоговая таблица теплотехнических значений

Выводы по экспериментальному исследованию.

Результаты лабораторного исследования (Рис.6 и Рис.7) показывают улучшение теплотехнических свойств ограждающей конструкции из материала Сотоблок при нанесении на его поверхность утепляющей краски фирмы Теплос-Топ 15,6%.

Рисунок 7. Увеличение показателя сопротивления передачи R с увеличением слоя толщины краски       

Рисунок 8. Увеличение показателя термического сопротивления R_k с увеличением слоя толщины краски

В подтверждении полученных в лабораторных условиях значений, которые показывают улучшение тепловых характеристик ограждающей конструкции после нанесения краски, была проведена тепловизионная съемка на эксплуатируемом многоквартирном жилом кирпичном доме – г.Миасс, ул. Колесова 7 (Рис.8 и Рис.9). На одной из стен этого дома был нанесен слой краски толщиной в 1,2 мм, другая стена оставалась без краски.

Рисунок 9. Неокрашенная стена кирпичного дома. Значения температур в контрольных точках на термограмме: Sp1 – 5,8 °С; Sp2 – 6,1°С ; Sp3 – 5,3°С ; Sp4 – 5,4°С .

 Рисунок 10. Окрашенная стена кирпичного дома. Значения температур в контрольных точках на термограмме: Sp1 – 8,6 °С; Sp2 – 8,2°С ; Sp3 – 8,5°С ; Sp4 – 8,6°С .

Значения температур по приведенным термограммам наглядно показывают, что стена, покрытая краской в большей степени, препятствует тепловым потерям, чем стена без такого защитного покрытия, поэтому при наличии возможности облагораживания или реставрации фасадов возможно применение тонкопленочного утепления.