ISSN 1392–1320 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ (MEDŽIAGOTYRA). Том. 21, № 3. 2015. Чешский Технический Университет города Праги, Факультет Гражданской инженерии, Химико-материаловедческое отделение. Такурова, 7, Прага 6, Чешская Республика 166 29. Получено 15 июня 2014 г; акцептовано 19 сентября 2014 г. Автор-корреспондент Тел.: +420 224 355436; fax: +420 224 357071. E-mail address: zbysek.pavlik@fsv.cvut.cz (З. Павлик)
Скачать оригинал исследования.
Термические свойства материалов, в основе которых лежит минеральная вата, представляются чрезвычайно важными в силу весьма распространенной практики их использования в качестве теплоизоляционных плит. Коэффициент их теплопроводности легко определить, поскольку технические характеристики, предоставляемые производителем, содержат данные по их удельной теплоемкости, однако, как правило, только в сухом состоянии. Воздействие внешней среды, содержащей влагу, может оказать негативное влияние на термоизоляционные свойства минеральной ваты. Вот почему содержание воды в минеральной вате является нежелательным в большинстве областей ее применения и по-этому, там зачастую присутствуют гидрофобные вещества, в то время как гидрофильные добавки используются редко. Как бы то ни было, второе сочетание обладает хорошим потенциалом для ряда областей применения (напр., обессоливание кирпичной кладки и озелененной кровли). В подобных случаях минеральная вата будет выполнять свою функцию при определенном содержании влаги, которое изменит термические свойства, которыми она обладала в сухом состоянии. В этой связи, зависящие от влажности термические свойства (коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость) гидрофильной минеральной ваты (HMW) изучаются при большом диапазоне величины содержания влаги, с использованием импульсного метода. Данные по определяемому опытным путем коэффициенту теплопроводности анализируются при помощи нескольких усредняющих формул, основанных на эффективной медиатеории. В плане усреднения, пористый материал рассматривается как смешение двух или трех состояний: твердое (базальтовые волокна) и газообразное (воздух) состояния для сухого материала, и с добавлением жидкого состояния при его увлажнении. Методы усреднения применяются прежде всего для расчета коэффициента теплопроводности твердой матрицы. Затем его зависимость от содержания влаги оценивается при помощи некоторых смешанных формул. Для проверки полученных результатов используются вилки Хашина-Штрикмана и Винера. Обобщенно, применение методов усреднения позволяет успешно оценить измеряемые параметры крайне неоднородных волокнистых материалов (как то, минеральной ваты), позволяя помимо этого сэкономить определенное время.
Ключевые слова: гидрофильная минеральная вата, содержание влаги, коэффициент теплопроводности, удельная теплоемкость, методы усреднения.1. ВВЕДЕНИЕ
В Центральной Европе минеральная вата широко применяется в качестве теплоизоляционного материала при строительстве зданий. Это обусловлено ее хорошими изоляционными свойствами, такими как высокая паропроницаемость, позволяющая избежать проблем с конденсатом, отличные термические свойства и легкость в использовании при строительстве [1]. Более того, этот материал не наносит вреда окружающей среде, а также не обладает известными негативными свойствами в отношении здоровья человека.
Несмотря на тот факт, что в основном минеральная вата используется в качестве изоляционного материала при строительстве, ведется изучение и других возможных областей применения. Минеральная вата с гидрофильными добавками ускоряет перемещение воды в жидком состоянии [2], что облегчает процесс обессоливания кирпичной кладки, а также позволяет ее использовать для накопления воды в озелененных крышах[3]. Она находит применение также во внутренних системах утепления [4, 5].
Температурно-физические свойства гидрофильной минеральной ваты в сухом состоянии подробно описываются производителями, в то время как температурно-физическим параметрам данного материала во влажном состоянии уделяется не столь пристальное внимание. Таким образом, свойства материала приходится определять экспериментальным путем, выявляя их при полном диапазоне значений содержания влаги. Первый, самый длительный по времени, способ определения температурно-физических свойств состоит в экспериментальной оценке эмпирического отношения коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты и величины содержания влаги. Пример – см. [2]. Как бы то ни было, предпочтительнее было бы определить температурно-физические свойства материала каким-либо более быстрым методом. Техника усреднения является подходящим кандидатом для решения данной задачи.
В данной статье рассматриваются способы измерения базовых физических и температурно-физических свойств минеральной ваты с гидрофильными добавками с последующим определением реального коэффициента теплопроводности при помощи методов усреднения.
Коэффициент теплопроводности является важным параметром для теплопроводящего материала, который в случае сухой гидрофильной минеральной ваты весьма низок, обычно в районе 0.04 Вт/мK. Коэффициент теплопроводности воды более чем на один порядок магнитуды выше, таким образом, материал теряет свои изоляционные качества с увеличением содержания влаги.
Накопление тепла определяется удельной теплоемкостью, которую для влажной гидрофильной минеральной ваты легко вычислить, используя простую смешанную формулу. Поскольку удельная теплоемкость воды намного выше, нежели у воздуха, удельная теплоемкость гидрофильной минеральной ваты растет с увеличением содержания влаги.
Не существует сведений о неизотропности теплопередачи для данного типа материалов, по крайней мере, детального анализа на этот счет не проводилось. Измерительные данные, которые разнятся у твердых и мягких компонентов гидрофильной минеральной ваты, могут помочь лучше описать неизотропность панелей, находящихся в коммерческом производстве.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ МЕТОДЫ
Изучаемый образец гидрофильной минеральной ваты был произведен компанией Rockwool CZ. Гидрофильные добавки в минеральную вату ускоряют перемещение влаги и таким образом создают новые области применения для изделий из минеральной ваты.
2.1. Основные физические свойства
Плотность матрицы ρm (кг/м3) измерялась пикнометрическим методом, насыпная плотность ρb(кг/м3) определялась гравиметрическим способом, а пористость ψ (-) вычислялась на основании равенства (1):
где m0 (кг) – масса сухого образца, а V(м3) – его объем
Измерения базовых параметров проводились в лаборатории с кондиционированным воздухом при температуре 22 ± 1 °C и относительной влажности 25 – 30%. Каждый результат представляет собой среднее значение от четырех или пяти полученных в результате измерения величин.
2.2. Коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость
Коэффициент теплопроводности и удельная теплоемкость изучались при помощи анализатора теплопередачи Isomet, модель 2104 (Applied Precision). Сначала коммерческие образцы гидрофильной минеральной ваты, состоящие из твердого и мягкого слоев, подвергались измерениям в том виде, в котором они идут на продажу (Состав панели из гидрофильной минеральной ваты - см. Рис 1).
Рис 1. Изучаемая панель из гидрофильной минеральной ваты.
Здесь измерения велись как с мягкой, так и с твердой стороны панели. Толщина мягкого слоя в оригинальной панели из гидрофильной минеральной ваты – 100 мм, а толщина твердого слоя – 20 мм.Затем образцы разрезались, и твердый и мягкий слои подвергались измерениям отдельно друг от друга, с учетом направления минеральных волокон. Твердая часть измерялась только в сухом состоянии.
Все замеры проводились с использованием игольчатых зондов (см. Рис. 2). Использовались зонды с максимально приемлемым диапазоном коэффициента теплопроводности, номинально – зонды с диапазоном значений 0.015 – 0.05 Вт/мK для сухого состояния и зонды с диапазоном значений 0.035 – 0.2 Вт/мK или 0.2 – 1.0 Вт/мK для увлажненного состояния. Стандартная относительная погрешность измерения коэффициента теплопроводности составляла 5%, а по удельной теплоемкости 10%. Эти данные предоставлены производителем Isomet.
Рис 2. Isomet 2104 и игольчатый зонд во время теста на образце гидрофильной минеральной ваты
Измерение коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты в зависимости от содержания влаги производилось по всему диапазону значений влажности вплоть до полного насыщения. Во время измерений в образцы нагнетался определенный объем дистиллированной воды. Затем образцы помещались в пластиковый пакет на несколько дней для равномерного распределения влаги.
Благодаря силе гравитации, вода скапливалась в нижней части образцов. Таким образом, перед каждым измерением образцы находились в перевернутом положении в течение более чем 30 минут, затем переворачивались всего за несколько секунд до проведения замера.
Шесть различных замеров выполнялись параллельно, а также перпендикулярно направлению слоев волокна, анализировались три образца, и по два измерения осуществлялись на каждом из них.
2.3. Методы усреднения: теория и модели
Теория усреднения - это важная научная дисциплина, позволяющая определять реальные свойства неоднородных материалов. Теория основывается на смешении однородных состояний известных свойств. Каждое состояние описывается по объему фракции и по рассматриваемому свойству. Наиболее изучаемыми в материаловедении величинами являются действительная относительная диэлектрическая проницаемость, а также действительный коэффициент теплопроводности. Данные величины сильно зависят от количества поглощенной материалом воды. Таким образом, реальные значения вычисляются не только для сухого состояния, но также и для различных уровней насыщения водой.
Неоднородные строительные материалы в сухом виде состоят из двух компонентов: твердой матрицы и газообразного воздуха, который представлен в порах. Когда часть объема пор заполняется водой, появляется третий, жидкий компонент, который необходимо добавлять к расчету, а при еще более точном определении реальных свойств материала учитывается и четвертый компонент – связанная вода [7]. В то время как свободная вода заполняет большую часть объема пор, связанная вода образуется в виде нескольких слоев молекул воды, связанных с порой силами Ван дер Ваала. Теплофизические и диэлектрические свойства связанной воды обычно считают сходными со свойствами льда.
На практике используются всего несколько простых моделей для грубой оценки показателей реальных свойств. Последовательная (серийная) модель Винера обычно используется для прогнозирования максимального значения реальной характеристики материала, а параллельная модель Винера – для оценки минимального значения реальной характеристики [8]. Несмотря на то, что настоящее реальное значение лежит в промежутке между этими границами, оно этими границами точно не определяется. Дальнейшее уточнение может быть достигнуто путем применения вилок Хашина-Штрикмана, которые являются более узкими [9]. Как бы то ни было, до сих пор результаты недостаточно точны.
В связи с этим были разработаны более точные модели [10]. Формула закона мощности Лихтенеккера [11] – это одна из самых распространенных моделей, обобщающих вилки Винера. Она может быть выражена следующим образом:
где fj (-) – объемная фракция определенного состояния – матрица, воздух, вода; (f1 + f2 + f3 = 1), и λj (Вт/мK) - коэффициент теплопроводности фракции определенного состояния. Параметр k варьируется внутри закрытого интервала [-1, 1], в то время как k = 0 исключается. Вилки интервала соответствуют параллельной и перпендикулярной моделям Винера, где k может расцениваться как переход неизотропности от k = -1 (параллельная) к k=1 (последовательная), что соответствует различным пространственным видам строения матрицы, воздушного и водяного слоев.
Для k = 0, формула Лихтенеккера выражается следующим образом:
Дальнейшее качественное улучшение формулы закона мощности Лихтенеккера может быть достигнуто путем добавления нового термина в виде связанной воды. Прямое обобщение тогда приводит к 4-фазной формулировке Добсона [12], что может быть выражено следующим образом:
где wfw (м3/м3) – количество свободной воды, wbw(м3/м3) – количество связанной воды на стенках пор, λbw (Вт/мK) – коэффициент теплопроводности связанной воды (принимается, что связанная вода имеет тот же коэффициент теплопроводности, что и лед, то есть при около -20 °C он равен 2.4 Вт/мK), λfw (0.56 Вт/мK) коэффициент теплопроводности свободной воды, λa (0.025 Вт/мK) - коэффициент теплопроводности воздуха, ψ (-) полная открытая пористость, а β (-) – эмпирический параметр, соответствующий параметру k Лихтенеккера.
4-фазная модель Добсона пригодна для использования в случаях с гигроскопичными материалами, где большое количество воды может быть адсорбировано стенками пор из окружающей среды с высокой относительной влажностью.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Основные физические свойства гидрофильной минеральной ваты
Результаты замеров по основным физическим параметрам представлены в таблице 1.
Таблица 1. Основные физические параметры гидрофильной минеральной ваты
| Материал | Насыпная плотность , кг/м3 | Пористость, об., % | Плотность матрицы, кг/м3 (SD %) |
| Коммерческая гидрофильная минеральная вата (в том виде, в котором продается) | 95.0 | - | - |
| Мягкая часть коммерческой ваты | 79.5 | 96.9 |
2557 (0.57 %) |
| Твердая часть коммерческой ваты | 172.4 | 93.4 |
2602 (0.46 %) |
Пористость соответствует типовым значениям для данного вида материала. С количественной точки зрения, полученные высокие значения пористости придают изучаемому материалу хорошие изоляционные свойства и положительно влияют на возможное перемещение водяных паров через плиту из гидрофильной минеральной ваты. Плотность матрицы соответствует типовым значениям для базальта.
3.2. Коэффициент теплопроводности базальта
Для применения методов усреднения, описанных в разделе 2.3, было необходимо получить информацию по коэффициенту теплопроводности базальтовых волокон. Коэффициент теплопроводности натурального базальта, приводимый в литературе, колеблется от 1.5 до 4.0 Вт/мK, в зависимости от пористости материала. Коэффициент теплопроводности воздушно-сухого исландского базальта имеет среднюю величину в размере 1.7 Вт/мK [13].
Это соответствует 12 измерениям, осуществленным в нашей лаборатории при помощи прибора Isomet и поверхностных зондов на тротуарных базальтовых плитах. Здесь мы получаем реальное значение коэффициента теплопроводности базальта в размере 1.57 Вт/мK. В соответствии с ISO TC 163/SC 2 [14], значение коэффициента теплопроводности базальта, плотность матрицы которого находится в пределах от 2 700 до 3 000 кг/м3, принимается за 3.5 Вт/мK, а удельная теплоемкость равна 1 кДж/кгК. Здесь даются значения для полностью уплотненного базальта, что объясняет более высокий коэффициент теплопроводности по сравнению с приведенными выше данными. В данном документе значение ISO для коэффициента теплопроводности было использовано для дальнейших расчетов в рамках процесса усреднения.
3.3. Коэффициент теплопроводности гидрофильной минеральной ваты
Таблица 2 объединяет данные, полученные от производителя, а также результаты измерений в направлении, перпендикулярном слоям волокон. Измерительные данные по коэффициенту теплопроводности гидрофильной минеральной ваты в сухом состоянии не различаются в зависимости от местоположения зонда. Таблица 2 также содержит усредненные результаты измерения разницы между твердой и мягкой частями гидрофильной минеральной ваты.
Таблица 2 Коэффициент теплопроводности исследуемой гидрофильной минеральной ваты
| Материал | Коэффициент теплопроводности, Вт/мK | |
| Технические характеристики от Rockwool | 0.038 | |
| Измерения на оригинальной плите из гидрофильной минеральной ваты | С мягкой стороны | С твердой стороны |
| 0.042 | 0.044 | |
| Измерения на отдельных слоях | мягкая часть | твердая часть |
| 0.042 | 0.050 | |
Результаты замеров коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты в его зависимости от влажности приведены в Таблице 3. Здесь также отражен фактор направления волокон. Мы можем наблюдать влияние влажности на ускорение теплопередачи в исследуемых материалах. В данном случае неизотропность материалов не была столь значительной в силу преобладания влияния эффекта смачивания на значения коэффициента теплопроводности.
Таблица 3. Коэффициент теплопроводности исследуемой гидрофильной минеральной ваты
|
гидрофильная |
содержание влаги, |
Направление |
Коэффициент теплопроводности, |
|
Мягкая часть |
Сухая |
Перпендикулярное |
0.042 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.040 |
|
|
Мягкая часть |
Сухая |
Перпендикулярное |
0.050 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.048 |
|
|
Мягкая часть |
0.05 |
Перпендикулярное |
0.192 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.200 |
|
|
Мягкая часть |
0.25 |
Перпендикулярное |
0.199 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.207 |
|
|
Мягкая часть |
0.35 |
Перпендикулярное |
0.233 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.225 |
|
|
Мягкая часть |
0.5 |
Перпендикулярное |
0.249 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.244 |
|
|
Мягкая часть |
0.75 |
Перпендикулярное |
0.398 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.402 |
|
|
Мягкая часть |
Полное насыщение (0.93) |
Перпендикулярное |
0.546 |
|
Твердая часть |
Параллельное |
0.545 |
На Рис. 3 показано, что коэффициент теплопроводности не находится в линейной зависимости до тех пор, пока МС (содержание влаги) не достигнет значения 0,5 м3/м3. Поскольку эффектом неизотропности исследуемого материала можно пренебречь, на графике используется средний показатель результатов измерения в двух направлениях. Полученные значения коэффициента теплопроводности оказались выше ожидаемых, тогда как для более высокого содержания влаги наблюдалась линейная зависимость коэффициента теплопроводности от влажности.
Различия между отдельными измерениями были достаточно велики и увеличивались с ростом содержания влаги, за исключением образцов с полным насыщением. Во время измерения термальных параметров, что обычно занимало 30 минут, сила гравитации перемещает некоторое количество воды к нижней части образца. Это может оказать негативное влияние на воспроизводимость измерений в силу изменений в распределении влаги. Это также представляет собой проблему для вычисления реального содержания влаги в месте установки датчика, поскольку вода распространена неравномерно.
Коэффициент теплопроводности, Вт/мK (вертикально)
содержание влаги, м3/м3 (горизонтально)
Рис. 3. Коэффициент теплопроводности гидрофильной минеральной ваты как функция от содержания влаги
В силу особенностей производства плит из гидрофильной минеральной ваты, два образца могут значительно отличаться друг от друга, даже если они вырезаны из одной и той же плиты. Данная проблема частично была нами преодолена за счет использования трех различных образцов для каждого измерения. Как бы то ни было, это является еще одним источником непостоянства данных.
3.4. Объемная и удельная теплоемкость
Данные по удельной и объемной теплоемкости, измеренной на высушенных образцах материала приведены в Таблице 4. При наличии информационных данных, взятых из технических характеристик от производителя, объемная теплоемкость была рассчитана на основании имеющейся удельной теплоемкости и известной насыпной плотности.
Таблица 4. Удельная и объемная теплоемкость в сухом состоянии
|
Материал |
Удельная, Дж/кг К |
Объемная, кДж/м3 К |
|
|
Измеренная |
Рассчитанная |
||
|
Технические характеристики от Rockwool |
840 |
- |
80 |
|
Коммерческая гидрофильная минеральная вата (сухая) |
965 |
92 |
- |
|
гидрофильная минеральная вата мягкая (сухая) |
1163 |
94 |
- |
|
гидрофильная минеральная вата твердая (сухая) |
990 |
171 |
- |
Если известно содержание влаги МС (м3/м3), удельная теплоемкость может быть рассчитана при помощи следующего уравнения (5):
Зависящая от влажности объемная теплоемкость, рассчитанная при помощи уравнения (5), приводится в Таблице 5. Здесь отражены данные только по мягкой части и оригинальной плите. Прослеживается высокая степень зависимости теплоемкости гидрофильной минеральной ваты от содержания влаги. Увеличение содержания влаги приводит к росту способности накопления тепла гидрофильной минеральной ватой в силу высокой объемной теплоемкости воды.
Таблица 5. Объемная теплоемкость в ее зависимости от содержания влаги
|
Содержание влаги, м3/м3 |
Объемная теплоемкость, кДж/м3 К |
|
0.05 |
276 |
|
0.25 |
694 |
|
0.35 |
1 112 |
|
0.5 |
2 157 |
|
0.75 |
3 203 |
|
Полное насыщение (0.93) |
3 955 |
3.5. Усреднение
Для определения реальной зависимости коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты от содержания влаги, была применена модель Лихтенеккера. Сначала были определены отдельные значения коэффициента теплопроводности отдельных компонентов материала и занесены в Таблицу 6.
Таблица 6. Коэффициент теплопроводности компонентов гидрофильной минеральной ваты
|
Компонент |
Коэффициент теплопроводности, Вт/мK |
|
Твердая матрица - базальт |
3,5 |
|
Газообразный - воздух |
0,025 |
|
Жидкая - вода |
0,58 |
|
Связанная вода |
2,5 |
Количество связанной воды было получено из замеренной сорбционной изотермы. Здесь гигроскопическое содержание влаги, составляющее 0.000262 м3/м3, что соответствует 97% относительной влажности окружающей среды, расценивалось как равное количеству связанной воды.
В связи с незначительным количеством связанной воды, становится ясно, что модель Добсона неприемлема для расчета коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты. В связи с этим она не применялась при расчетах реального коэффициента теплопроводности в качестве функции к содержанию влаги.
В процессе усреднения функция коэффициента теплопроводности, изображенная на Рис. 3, была разделена на две вспомогательные кривые. Первая часть кривой состояла из первых четырех точек, вторая часть – из остальных точек. Подобный подход был избран в связи с разницей в очертаниях кривой функции коэффициента теплопроводности при низком и высоком содержании влаги.
Результаты, вычисленные при помощи формулы Лихтенеккера, приведены на Рис. 4 и Рис. 5. Коэффициент k и коэффициент теплопроводности матрицы λm были определены в рамках процесса оптимизации, которая была осуществлена с целью наилучшего согласования измерительных и вычисленных данных. Оптимизация производилась путем применения генетических алгоритмов к коэффициенту k в интервале [-1; 1], а также с учетом значения и коэффициента теплопроводности базальтовой матрицы, который был принят равным 3,5 Вт/мK. Здесь λm была принята как находящаяся в интервале [3.4; 3.6] Вт/мK.
Наилучшее соответствие между моделированными данными и данными измерений в первой части кривой было достигнуто за счет оптимизированной модели Лихтенеккера, где k = 0.47 и λm = 3.4 Вт/мK. Среднеквадратическая ошибка здесь составляла 0,06. Примененная модель завышает значение коэффициента теплопроводности в сухом состоянии. Остальные смоделированные точки занижены по сравнению с данными измерений.
Коэффициент теплопроводности, Вт/мK (вертикально)
|
результаты измерений |
|
модель Лихтенеккера – оптимизирована |
|
последовательная вилка Винера |
|
параллельная вилка Винера |
|
верхняя вилка Хашина-Штрикмана |
|
нижняя вилка Хашина-Штрикмана |
|
модель Лихтенеккера, k = 0 |
Содержание влаги, м3/м3 (горизонтально)
Рис. 4. Зависимость коэффициента теплопроводности от содержания влаги (1-я часть кривой)
Наилучшее соответствие во второй части кривой было достигнуто за счет применения модели Лихтенеккера, где k = 0.54, λm = 3.4 Вт/мK, среднеквадратическая ошибка = 0.085.
Наилучшее соответствие между моделированными данными и данными измерений в первой части кривой было достигнуто за счет оптимизированной модели Лихтенеккера, где k = 0.47 и λm = 3.4 Вт/мK. Среднеквадратическая ошибка здесь составляла 0,06. Примененная модель завышает значение коэффициента теплопроводности в сухом состоянии. Остальные смоделированные точки занижены по сравнению с данными измерений. Оптимизированная модель Лихтенеккера завышает значения коэффициента теплопроводности в его зависимости от объемного содержания влаги на или более 0,5 м3/м3.
Коэффициент теплопроводности, Вт/мK (вертикально)
|
|
результаты измерений |
|
|
модель Лихтенеккера – оптимизирована |
|
|
последовательная вилка Винера |
|
|
параллельная вилка Винера |
|
|
верхняя вилка Хашина-Штрикмана |
|
|
нижняя вилка Хашина-Штрикмана |
|
|
модель Лихтенеккера, k = 0 |
содержание влаги, м3/м3 (горизонтально)
Рис. 5. Зависимость коэффициента теплопроводности от содержания влаги (2-я часть кривой)
С другой стороны, при более низких значениях содержания влаги соответствие моделированных данных и данных измерений можно в целом считать хорошим. Коэффициент теплопроводности при объемном содержании влаги w = 0.93 лежит вне параллельной вилки Винера и нижней вилки Хашина-Штрикмана, в то время как измерительное значение - ниже ожидаемого. Мы относим данное заключение на счет погрешности измерений, которую необходимо всегда учитывать при сравнении вычисленных данных и данных, полученных путем замера.
4. ЗАКЛЮЧЕНИЯ
Экспериментальная деятельность, представленная в настоящем документе, дала подтверждение тому, что существуют позитивные предпосылки для использования гидрофильной минеральной ваты в строительстве.
Измерение коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты дает информацию о высокой степени влияния влаги на увеличение значений коэффициента теплопроводности. Влияние неизотропности материала на коэффициент теплопроводности гидрофильной минеральной ваты не было признано статистически важным.
Что касается методов усреднения, были применены несколько моделей для прогнозирования коэффициента теплопроводности как функции к содержанию влаги, а именно: вилки Винера и Хашина-Штрикмана, модель Лихтенеккера с k = 0 и модель Лихтенеккера с оптимизированными параметрами k and λm.
Полученные данные могут быть использованы для грубой оценки коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты в его зависимости от содержания влаги; степень точности здесь выше, нежели в случае традиционного использования вилок Винера и Хашина-Штрикмана. Результаты также демонстрируют, что для точного прогнозирования коэффициента теплопроводности гидрофильной минеральной ваты должны использоваться более сложные модели.
Выражаем благодарность
Данное исследование проходило при поддержке Европейского общественного фонда в рамках проекта «Поддержка межотраслевого развития и повышения качества работы научно-исследовательских коллективов Чешского Технического Университета города Праги», проект № CZ.1.07/2.3.00/30.0034.
БИБЛИОГРАФИЯ
- Михалек П., Тыдлитат В., Йерман М., Черны Р., Обессоливание кладок исторических зданий с использованием плит из гидрофильной минеральной ваты. Действия по моделированию и симуляции 46 2007: стр 377 – 385.
- Йиричкова М., Черны Р., Влияние гидрофильных добавок на перемещение влаги и тепла и складские параметры минеральной ваты. Строительные и отделочные материалы 2006: стр. 425 – 434.
- Джим К., Цанг С.В., Моделирование процесса распространения тепла в абиотических слоях озелененных крыш. Энергия и здания 43 (6) 2011: стр 1341 – 1350.
- Павлик З., Черны Р., Исследования гидротермальной эффективности инновационной системы внутренней теплоизоляции. Прикладная теплотехника 29 (10) 2009: стр. 1941 – 1946.
- Павлик З., Черны Р., Экспериментальная оценка гидротермальной эффективности инновационной системы внутренней теплоизоляции с использованием метода лабораторного моделирования условий стройки. Энергия и здания 40 (5) 2008: стр. 673 – 678.
- Сихвола А., Смешанные электромагнитные формулы и области их применения. Институт Электротехники, Лондон, 1999. http://dx.doi.org/10.1049/PBEW047E
- Мнахонкакова Е., Йиричкова М., Павлик З., Фиала Л., Ровнаникова П., Байер П., Черны Р., Влияние влааги на коэффициент теплопроводности цементного композита. Международный теплофизический журнал 27 (4) 2006, стр. 1228 – 1240.
- Винер О., . Die Theorie des Mischkorpers fur das Feld der stationaren Stromung, Abhandlungen der Mathematischen-Physischen Klasse der Königlichen Sächsischen Gesellschaft der Wissenschaften 32 1912: стр. 509 – 604 (на немецком языке).
- Хашин З, Штрикман С., Вариационный подход к теории реальной магнитной проницаемости неоднородных материалов. Журнал прикладной физики 33 1962: стр. 3125 – 3131.
- Павлик З., Фиала Л., Веймелкова Е., Черны Р., Применение эффективной медиатеории для определения термофизически=х свойств пустотелого кирпича как функций от содержания влаги. Международный теплофизический журнал 34 2013: стр 894 – 908.
- Лихтенеккер К., Die dielektrizitatskonstante naturlicher und kunstlicher mischkorper Physikalische Zeitschrift 27 1926: стр. 115 – 158 (на немецком языке).
- Добсон М. К., Улаби Ф. Т., Халликайнен М.Т., Эль-Райес М. А., Микроволновая диэлектрика мокрой почвы. Часть II: Смешанные диэлектрические модели Бюллетень IEEE по землеведению и дистанционному зондированию. 23 1985: стр 35 – 46.
- Фловенц О. Г., Семундссон К., Тепловой поток и геотермальные процессы в Исландии. Тектоническая физика 225 1993: стр 123 – 138.
- ISO TC 163/SC 2 Строительные материалы и изделия – гигротермические свойства – табличные проектные величины и процедуры определения декларируемых и проектных температурных значений
