Кирпичи для холодного климата предложили уральские ученые с коллегами из Китая
Композитные кирпичи снижают потери тепла внутри помещений на 15–25% лучше, чем «традиционные» аналоги, выяснили специалисты Уральского федерального университета с коллегами из Ляонинского технологического университета (Китай). Исследователи изучили характеристики «умных» кирпичей в холодном климате, результаты исследований опубликовали в журнале Buildings.
Ученые изготовили две модели самоизолирующихся пустотелых кирпичей: одна — заполненная композитным материалом с изменяемой фазой (PCM), другая — без него. В качестве PCM наполнителя использовали гексадекан (парафин). В отличие от аналогов, он эффективно поглощает и выделяет тепло, химически стабилен и безопасен, у него широкий диапазон температур изменения агрегатного состояния, а главное — низкая стоимость по сравнению с другими PCM.
«Композитные материалы с изменяемой фазой (PCM) значительно улучшают тепловые характеристики стен и демонстрируют многообещающую экономическую целесообразность в различных климатических условиях. Например, в жарком климате интеграция PCM в стены из многослойных материалов увеличивает теплоемкость на 35%, что приводит к снижению колебаний температуры внутри помещений, соответственно, к снижению энергозатрат», — поясняет руководитель исследования, заведующий кафедрой систем автоматизированного проектирования объектов строительства УрФУ Владимир Алехин.
Кирпичи испытали в условиях холодного климата (суровые холодные регионы) и установили, что у новых кирпичей разница температур между внутренней и внешней поверхностями почти на 6 °C выше в сравнении с обычными. Интенсивность теплообмена на внутренней поверхности кирпичей, заполненных PCM, снижена на 8,57 Вт/м2. По сравнению с обычными пустотелыми кирпичами, модернизированная версия показала повышение температуры внутренней поверхности примерно на 0,99 °C и температуры в средней части на 3,85 °C.
«Эффективность композитов зависит от таких факторов, как размещение, толщина и местные климатические условия, при этом оптимальные результаты достигаются путем стратегического расположения слоев PCM в стенах. Тем не менее полученные результаты позволяют утверждать, что кирпичи, заполненные PCM, могут замедлить скорость падения температуры в зданиях, значительно улучшая теплоизоляционные характеристики стен. Также они обладают превосходной способностью аккумулировать тепло, эффективно снижая потери тепла внутри помещения, что соответствует принципам проектирования зеленых зданий, способствует снижению энергопотребления и повышению комфорта жителей», — рассказывает аспирантка кафедры систем автоматизированного проектирования объектов строительства УрФУ Хуань Юэ.
Кирпичи, заполненные PCM, постепенно высвобождают тепло, полученное в пиковые солнечные периоды, добавляют исследователи. Это позволяет, с одной стороны, снижать потребление электроэнергии, а с другой — ископаемого топлива (газ, уголь). Это отчасти может компенсировать более высокую стоимость наполненных композитом кирпичей.
«Несмотря на то что гексадекан дешевле аналогичных композитных материалов, кирпичи с добавлением PCM все равно дороже обычных. Так, на стадии лабораторных исследований стоимость заполненного кирпича увеличивается примерно на 0,5 доллара. При масштабировании технологии и переходе к рыночному производству с использованием промышленного парафина, оптовых закупок сырья и налаживания автоматизированного заполнения на производственной линии, стоимость каждого кирпича будет ниже лабораторного образца, но все равно будет дороже примерно на 0,2–0,3 доллара по сравнению с обычными кирпичами. Тем не менее это новая технология, которая развивается в мире. Из таких кирпичей уже активно строятся экспериментальные постройки, например, в Китае, Японии, Алжире. Уверен, в этом направлении не должны отставать и мы», — полагает Владимир Алехин.
Сейчас научная группа изучает различные конфигурации кирпичей и подбирает оптимальную степень заполнения структур для достижения более высокой энергоэффективности при одновременном снижении общей стоимости.
Справка
Композитные материалы с изменяемой фазой (PCM) — вещество, которое поглощает или выделяет большое количество тепловой энергии при переходе из одного агрегатного состояния в другое, обычно из твердого в жидкое и обратно. Этот процесс позволяет эффективно накапливать и отдавать тепло, поддерживая относительно постоянную температуру в окружающей среде, и используется в таких сферах, как строительство, текстиль, холодильная техника. PCM плавятся и застывают при определенных, заранее известных температурах, что делает их идеальными для точного контроля температуры. По сравнению с материалами, которые нагреваются и охлаждаются без фазовых переходов, композитные материалы могут запасать гораздо больше тепловой энергии в меньшем объеме.
Отметим, исследования в УрФУ проводятся при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Информация предоставлена пресс-службой Уральского федерального университета
Источник фото: realty.ria.ru
Разместила: Ирина Усик