Сегодня для обеспечения теплоизоляции наружных стен зданий часто применяют альтернативные материалы. Одним из них являются аэрогели из кремнезема. Они безопасны, водонепроницаемы и отличаются минимальной плотностью. Ученые Пермского Политеха провели численное моделирование «поведения» конструкций с аэрогелевыми листами в доме. Это позволит улучшить технические характеристики изоляции и снизить затраты на ее изготовление. Работа выполнена в рамках Программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Результаты исследования разработчики опубликовали в журнале «Вестник ПНИПУ. Construction and geotechnics».

– Увеличивать толщину ограждающих конструкций зданий нецелесообразно, это требует дополнительных затрат и может привести к архитектурному дисбалансу. Поэтому в качестве одного из перспективных материалов для изоляции используют аэрогели из кремнезема. Такие материалы также могут быть в виде высушенных гелей, которые обладают большой пористостью, малой плотностью и высокими изоляционными качествами, – рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала Пермского Политеха по направлению «Строительство», кандидат технических наук Александр Сиянов.

По словам ученых, аэрогели производят на основе тетраметоксисилана и метанола, которые помещают в стакан с магнитным шариком. Под действием генератора из них получается однородная смесь. Далее в нее добавляют воду, метанол и гидрат аммиака, в результате образуется гель. Смесь заливают в формы с метанолом и оставляют на некоторое время. Затем метанол испаряется, а смесь быстро твердеет. Силикагель в течение 7 дней вымачивают в метаноловых ваннах, а затем сушат, извлекая жидкие компоненты. В результате образуется легкий и твердый материал с большим количеством мелких пор. Это обеспечивает его высокие физические и тепловые характеристики. Чтобы придать материалу необходимую несущую способность, его добавляют в волокнистую структуру.

В частности, материал используют в виде гибкого аэрогелевого листа толщиной 10 мм. Он обеспечивает в 3 раза более эффективную «защиту» зданий, чем традиционные материалы. Им можно утеплять наиболее «холодные» участки зданий. Затраты на производство аэрогеля в 10 раз ниже аналогов, и он также безопасен для здоровья. Материал можно использовать многократно, он подходит для холодного и жаркого климата.

– При применении аэрогелей необходимо учитывать различные факторы и режимы их взаимодействия с другими конструкциями здания. Мы провели эксперимент на модели помещения с аэрогелевой изоляцией с помощью численного компьютерного моделирования. Этапы получения материалов с необходимыми параметрами мы расположили в технологическую последовательность, которая отражает их физические и тепловые свойства. Далее мы вычислили излучение между взаимно расположенными поверхностями и выяснили, как изменяется температура с течением времени, – поясняет исследователь.

Разработчики изучили обмен различных поверхностей энергией с учетом их размера, ориентации в пространстве и расстояния между ними. Наружная температура конструкции, окруженной теплоизоляцией, была 18,3 °C, а внутренняя – 26,1 °C. Толщина стен составила 30 см, стекол – 3 и 4 мм. Двери, крыша и пол помещения также были изолированы аэрогелевым листом.

Результаты эксперимента показали, что аэрогелевые листы можно применять не только в несущих и ограждающих конструкциях, но и в других элементах зданий. Они обладают низкой плотностью и обеспечивают высокий уровень теплоизоляции. По словам ученых, это позволит снизить потребление энергии.

Поддержать редакцию