Отличие прозрачной теплоизоляции от традиционной / ППУ XXI ВЕК – Напыление ППУ
Сейчас у домовладельца, желающего изолировать свой дом, есть выбор, какую систему теплоизоляции предпочесть. На рынке появилась прозрачная теплоизоляция, которая представляет собой альтернативу традиционной.
При традиционной (непрозрачной или мутной) теплоизоляции уменьшается тепловой поток из помещения наружу.
При прозрачной теплоизоляции дом получает возможность дополнительно использовать солнечную энергию. Для этой технологии используются как пласты из синтетического гранулята, так и бумажные ячеистые структуры со встроенным стеклом.
ПРЕИМУЩЕСТВА
Прежде всего, прозрачная изоляция имеет смысл при косметическом ремонте, так как при этом в основном речь идет о прозрачных оконных фасадах на южной стороне дома, через которые в дом поступает солнечная энергия. Через массивную каменную стену в вечерние часы происходит потеря тепла.
Благодаря южным фасадам дом получает тепло вплоть до 120 кВт в час на метр квадратный.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
При традиционно изолированных стенах прекращается движение теплового потока наружу. Но при этом практически невозможно получать солнечную энергию (это же касается и неизолированных стен). То есть получением солнечной энергии из стен пренебрегается. Солнечная энергия на практике поступает только через окна. Если же стена покрыта прозрачной теплоизоляцией, также как и при использовании традиционной изоляции, потеря тепла сокращается. Но при этом солнечное излучение позволяет использовать энергию солнца (так же как с окнами). Но если тепло будет поступать через окна, это может привести к перегреву помещения. При использовании прозрачной теплоизоляции тепло поступает в стену, но лишь спустя несколько часов в помещение. Это имеет смысл, если в вечерние часы тоже необходимо использовать солнечную энергию, которая больше не поступает через окна.
СИСТЕМЫ И ПРИМЕНЕНИЕ
Прозрачную теплоизоляцию можно использовать не только в современных постройках, но и при реконструкции.
Данный материал не портит внешний вид здания.
ПРОБЛЕМЫ И НЕДОСТАТКИ
Летом возникает проблема перегрева (особенно если стены обращены на восток или запад). Помочь в этом может (достаточно дорогостоящее) затемнение южного фасада и крыши. При рекомендуемом зачастую расположении стен дома возможны разрывы, обусловленные большими перепадами температур. Из-за неравномерного высыхания традиционной штукатурки под прозрачной теплоизоляцией внутри помещения возможно возникновение трещин.
Так как эта система значительно дороже традиционной изоляции, то именно из-за ее дороговизны она не получает широкого распространения. Зачастую выгоднее получать солнечную энергию только через окна. И если речь идет об облегченной конструкции, то использование прозрачной теплоизоляции не имеет смысла.У некоторых систем прозрачной термоизоляции существуют проблемы с долговечностью. Поэтому необходимо внимательно ознакомиться с отзывами и рекомендациями производителей.
ВЫВОД
В общем, стоит признать, что на данный момент прозрачная теплоизоляция представляется невыгодной с экономической точки зрения из-за дорогостоящих материалов и расходов на установку.
С экологической точки зрения этот метод можно использовать при реконструкции и в отдельных определенных случаях ведь этот метод уже сейчас представляет собой разумную альтернативу.
Прозрачная теплоизоляция – альтернатива традиционным утеплителям
Для утепления жилого фонда, строительный рынок предоставляет широкий ассортимент достойных, во всех отношениях, теплоизоляционных материалов. Вполне понятно желание домовладельцев использовать оригинальный, нетрадиционный утеплитель, соответствующий всем заданным требованиям. Разработчики предложили новый вид материала, позволяющего, дополнительно к утеплению, использовать энергию солнечных лучей. В этой технологии используются пластины из полимерного гранулята, или целлюлозные ячеистые материалы со встроенным остеклением.
Установка прозрачной теплоизоляции целесообразна при текущем ремонте, речь, собственно, идет об обустройстве прозрачных оконных фасадов, расположенных на южной стороне дома. Благодаря такой технологии, дом может получить до 120 кВт/ч/м2, что для строения, расположенного в суровом климате, совсем не мало.
По мнению специалистов, прозрачный утеплитель пригоден как при возведении новых, так и реконструкции старых домов. Не возражают против использования новых материалов и дизайнеры, внешний вид дома от его применения только выигрывает. Проведенные испытания выявили и имеющиеся недостатки. При высокой наружной температуре появляется проблема перегрева. Исправить положение может дорогостоящая система затемнения не только южного фасада, но и крыши.
Широкое распространение прозрачных теплоизоляционных материалов ограничивается их, достаточно высокой, стоимостью. В таком варианте выгодней получать дополнительное тепло через оконное остекление. Тем более, что некоторые прозрачные утеплители недостаточно долговечны. По этой причине, к выбору утеплителя следует отнестись весьма осторожно. Полезно ознакомится не только с характеристиками прозрачных материалов, но так же, и с отзывами потребителей.
На нашем сайте можно купить теплоизоляцию Роквул по лучшим ценам в Москве для утепления всех конструкций дома. Лёгкие плиты Лайт Баттс для мансард, Руф Баттс для плоских кровель, Фасад Баттс для фасада.
Следует признать, что для среднестатистического домовладельца прозрачная теплоизоляция экономически не выгодна. Дорогой материал, неосвоенные, в полном объеме, нашими специалистами технологии, ставят под сомнение получение положительного результата.
Утеплитель безупречен с точки зрения экологов, поэтому, после разработки оптимальной ценовой политики, прозрачные утеплители, по отношению к традиционным материалам, могут стать конкурентоспособными.
Прозрачная изоляция – Проектирование зданий
|
Сотовый заполнитель прозрачная изоляция была впервые разработана в 1960-х годах для улучшения изоляционных свойств систем остекления с минимальными потерями светопропускания (Голландия 1965). За последние 25 лет прозрачные изоляционные материалы (ТИМ) применялись для изготовления окон, стен, световых люков, крыш и высокоэффективных солнечных коллекторов (Долли и др., 1994 г., Каушика и Сумати, 2003 г.
Прозрачные изоляционные материалы выполняют те же функции, что и непрозрачные изоляционные материалы, но обладают способностью пропускать дневной свет и солнечную энергию, уменьшая потребность в искусственном освещении и отоплении. Они передают тепло в основном за счет теплопроводности и излучения, но конвекция обычно подавляется (Kaushika and Sumathy 2003).
Тепловые и оптические свойства прозрачных изоляционных материалов зависят от материала, его структуры, толщины, качества и однородности. Обычно они состоят из стекла или пластика в виде сот, капилляров или закрытых ячеек. В качестве альтернативы для достижения более высоких показателей изоляции можно использовать гранулированный или монолитный аэрогель на основе диоксида кремния.
В зависимости от структуры материала его расположение можно классифицировать как:
- Амортизатор перпендикулярный.
- Абсорбер параллельный.
- Полость.
- Квазиоднородный.
Рисунок 1: Типы прозрачной изоляции
На рис.
2 (ниже) сравнивается теплопроводность различных прозрачных изоляционных материалов и других изоляционных материалов. Okalux Glass Honeycomb представляет собой серийно выпускаемый поглотитель, перпендикулярный TIM, с теплопроводностью 0,039 Вт/м·К (Platzer et al. 2004).
Полупрозрачный аэрогель кремнезема, квазигомогенный ТИМ, имеет самую низкую теплопроводность среди всех известных твердых тел — 0,004–0,018 Вт/м·К (Yokogawa 2005, Cabot 2009).). Только вакуумная технология сравнима с теплопроводностью в районе 0,005 Вт/м·К (Циммерман и др., 2001).
Рисунок 2 – Теплопроводность изоляционных материалов
Остекление TIM обычно состоит из стеклянных или пластиковых капилляров или сотовых структур, зажатых между двумя стеклянными панелями. Эти системы хорошо рассеивают свет, уменьшая блики и тени (Lien et al. 1997). Коммерческие продукты, такие как остекление Okalux и Arel, могут иметь низкие коэффициенты теплопередачи при хорошем пропускании солнечного света и света.
По данным Hutchins and Platzer (1996), капиллярное остекление Okalux толщиной 40 мм и сотовое остекление Arel толщиной 50 мм могут достигать коэффициента теплопередачи 1,36 Вт/м2К, что сравнимо с современным газонаполненным двойным остеклением. В качестве альтернативы, системы толщиной 80 и 100 мм могут достигать коэффициента теплопередачи 0,8 Вт/м2·К соответственно, что сравнимо с современными газонаполненными тройными стеклопакетами.
Согласно Робинсону и Хатчинсу (1994), применение TIM-остекления, как правило, ограничивается мансардными окнами, атриумами и коммерческими/промышленными фасадами, поскольку геометрическая структура TIM ограничивает обзор снаружи. Прозрачные изоляционные материалы кажутся наиболее прозрачными, если смотреть спереди, и имеют тенденцию быть непрозрачными, если смотреть под углом. Чтобы увеличить видимую передачу остекления TIM, важно увеличить размер капилляров, уменьшить толщину или рассмотреть прозрачный изоляционный материал на расстоянии (Lien et al.
19).97).
Согласно измерениям, проведенным Хатчинсом и Платцером (1996 г.), нормальная светопроницаемость сотового и капиллярного ТИМ-остекления составляет 78 и 84% соответственно. Для сравнения, нормальное светопропускание через стандартное двойное остекление аналогично на 81%. Низкоэмиссионные газонаполненные стеклопакеты с двойным и тройным остеклением могут быть ниже на 66 и 63% соответственно (Хатчинс и Платцер, 1996).
Platzer and Goetzberger (2004) and Wong et al. (2007) утверждают, что коммерческое внедрение прозрачных изоляционных материалов было медленным из-за предполагаемых высоких инвестиционных затрат и ограниченного количества проведенных исследований окупаемости. Пепортье и др. (2000) предполагают, что качество продукции должно быть улучшено, чтобы уменьшить дефекты, такие как шероховатости или оплавленные края, которые могут мешать четкости.
Каушика и Сумати (2003) предполагают, что был достигнут значительный прогресс в снижении стоимости производства прозрачной изоляции .
Исследования в области остекления TIM сосредоточены на разработке систем с использованием прозрачного аэрогеля на основе диоксида кремния. Этот легкий нанопористый материал сочетает в себе высокую светопропускную способность и низкую теплопроводность (Шульц и Дженсон, 2008 г.).
Согласно Bahaj et al. (2008), аэрогелевое остекление часто называют «Святым Граалем» окон будущего, предлагая потенциал для достижения коэффициента теплопередачи всего 0,1 Вт/м2·К, а также высокой солнечной энергии и коэффициента пропускания дневного света примерно 90% (Бахай и др., 2008 г.
Термические, оптические и инфракрасные свойства кремнеземных аэрогелей хорошо известны. Материал эффективно пропускает солнечный свет, блокируя передачу тепла путем теплопроводности, конвекции и теплового инфракрасного излучения. Кремнеземный аэрогель имеет самую низкую теплопроводность среди всех материалов: от 0,018 Вт/мК для гранулированного кремнеземного аэрогеля до 0,004 Вт/мК для вакуумированного монолитного кремнеземного аэрогеля (Yokogawa 2005, Cabot 2009).
На сегодняшний день было построено несколько небольших прототипов для определения характеристик аэрогеля из монолитного диоксида кремния при остеклении. Образцы помещают между стеклянными листами и вакуумируют, чтобы защитить аэрогель от напряжения и влаги, поскольку большинство аэрогелей являются хрупкими и гидрофильными, а это означает, что они разлагаются при контакте с водой (Zhu et al. 2007, Schultz and Jenson 2008).
Duer и Svendsen (1998) измерили характеристики пяти различных монолитных плит аэрогеля, изготовленных в разных лабораториях, толщиной от 7 до 12 мм.
Коэффициент теплопередачи центрального стекла образцов остекления варьировался от 0,41 до 0,47 Вт/м2·К. Солнечное и визуальное пропускание варьировалось от 74 до 78% и от 71 до 73% соответственно.
Дженсен и др. (2004), Шульц и соавт. (2005) и Schultz and Jenson (2008) сообщили о характеристиках монолитного аэрогелевого остекления, произведенного на заводе Airglass AB в Швеции. Самым большим прототипом было окно площадью 1,2 м2, состоящее из четырех монолитных плит размером 55 см × 55 см × 15 мм, встроенных в вакуумный герметичный каркас. Этот прототип достиг коэффициента теплопередачи центральной панели 0,66 Вт/м2К (измерено в лаборатории) и общего значения коэффициента теплопередачи 0,72Вт/м2К (измерено с помощью горячего ящика), что указывает на то, что эффект теплового моста по краям был маленьким. Прямое солнечное пропускание составляло 75–76 %, а нормальное пропускание в видимом спектре — 85–90%.
Несмотря на впечатляющее сочетание термических и оптических свойств, аэрогель из монолитного кремнезема еще не вышел на рынок коммерческого остекления.
Согласно Рубину и Ламперту (1983 г.), стоимость, длительное время обработки аэрогеля, сложность изготовления однородных образцов и отсутствие надлежащей защиты от напряжения и влаги являются ключевыми препятствиями, мешающими прогрессу. Дьюер и Свендсен (1998) и Бахадж и др. (2008) предполагают, что требуется дальнейшая работа по улучшению прозрачности образцов, если они заменят обычные окна.
Основная проблема заключается в том, что наноструктура аэрогеля диоксида кремния рассеивает проходящий свет, что приводит к нечеткому изображению. Шульц и Дженсон (2008) утверждают, что благодаря усовершенствованным методам термообработки завод Airglass AB способен производить плитки из аэрогеля с параллельными и гладкими поверхностями, что обеспечивает неискаженный вид при защите от прямого солнечного излучения. Однако при воздействии неперпендикулярного солнечного излучения искажение зрения все равно возникает. Согласно Дженсену и соавт. (2004), Шульц и соавт. (2005) и Schultz and Jenson (2008), остекление аэрогелем является отличным вариантом для больших площадей фасадов, выходящих на север, что позволяет получить чистый прирост энергии в течение отопительного сезона.
Ожидается, что благодаря разработкам в области технологий герметизации краев изделия будут иметь срок службы 20–25 лет без ухудшения характеристик (Шульц и Дженсон, 2008 г.).
Использование гранулированного аэрогеля в остеклении предлагает альтернативу монолитному аэрогелю, который дешевле, надежнее и проще в производстве в промышленных масштабах. Системы не следует рассматривать как прямую замену прозрачным окнам, поскольку гранулы ограничивают свободный обзор наружу. Наоборот, этот материал позволяет достичь низких значений коэффициента теплопередачи, улучшить светорассеяние и резко снизить передачу звука в тех местах, где внешний вид не является существенным (Wittwer 19).92).
Характеристики глазури из гранулированного аэрогеля первоначально исследовались Wittwer (1992). Значения U от 1,1 до 1,3 Вт/м2К были измерены для стеклопакетов толщиной 20 мм, заполненных гранулами диаметром от 1 до 9 мм. Гранулы меньшего размера обладают лучшими термическими характеристиками, так как через воздушные промежутки между гранулами проходит меньше тепла.
Оптически более крупные гранулы аэрогеля пропускали больше света и солнечного света.
Совсем недавно Reim et al. (2002, 2005) измерили и смоделировали характеристики гранулированных аэрогелей, инкапсулированных в 10-миллиметровый пластиковый лист с двойными стенками, зажатый между двумя стеклянными панелями с изолированным газовым наполнением. Лист с двойными стенками был выбран для предотвращения оседания гранул с течением времени, создавая тепловой мост вдоль верхнего края. Для прототипов, содержащих газообразные наполнители криптон/аргон, были рассчитаны такие низкие значения коэффициента теплопередачи, как 0,37–0,56 Вт/м2·К. Без оконных стекол светопропускание составляло 88 и 85% соответственно.
Используя тепловую модель для немецкого климата, Reim et al. (2002) подсчитали, что энергетическая выгода гранулированного аэрогелевого остекления сопоставима с тройным остеклением. Результаты показали, что остекление из гранулированного аэрогеля может снизить риск перегрева на южных и восточных/западных фасадах.
На фасадах, выходящих на север, энергетический баланс аэрогелевого остекления был значительно лучше, чем у тройного остекления, благодаря улучшенному сохранению тепла.
Наиболее подробно задокументировано применение прозрачных изоляционных материалов в плоских солнечных коллекторах (Kaushika and Sumathy 2003, Wong et al 2007). Эти системы предназначены для нагрева воздуха или воды под воздействием солнечных лучей. Основными компонентами являются обращенное на юг покрытие TIM, которое передает солнечную энергию, уменьшая при этом конвекционные и радиационные потери в атмосферу, и черную поглощающую солнечную энергию поверхность для передачи поглощенной энергии жидкости (Duffie and Beckman 2006).
Эксперименты Роммеля и Вагнера (1992) показали, что плоские коллекторы, содержащие слои поликарбонатных сот толщиной 50-100 мм, работают хорошо, облегчая работу при температуре от 40 до 80°C. Более высокие рабочие температуры до 260°С могут быть достигнуты при использовании стеклянных сот, так как пластиковые покрытия подвержены плавлению при температурах выше 120°С (Rommel and Wagner 1992).
Nordgaard и Beckman (1992) смоделировали работу плоских коллекторов, содержащих аэрогель из монолитного кремнезема. Было показано, что снижение коэффициента пропускания солнечного света по сравнению с одинарным стеклопакетом более чем компенсируется снижением тепловых потерь. Свендсен (1992) продемонстрировали, что прототип площадью 1,4 м2, содержащий вакуумированный аэрогель из монолитного кремнезема, был в два раза эффективнее коммерческих высокотемпературных плоских коллекторов.
При дооснащении наружных стен, выходящих на юг, можно использовать прозрачные изоляционные материалы с воздушным зазором сзади для улавливания солнечной энергии. Эта энергия может быть использована либо путем выпуска теплого воздуха внутрь помещения, либо путем пассивного отвода тепла через стену. Согласно Caps and Fricke (1989), Athienitis and Ramadan (1999) и Suehrcke et al. (2004), прозрачные изоляционные материалы, в том числе стеклянные соты, плоские/гофрированные поликарбонатные листы и аэрогель из вакуумированного диоксида кремния, могут обеспечить значительную экономию энергии при модернизации непрозрачных стен жилых и коммерческих помещений.
Результаты показывают, что в холодные солнечные дни дополнительный обогрев может не потребоваться, однако в летнее время необходимы стратегии контроля, чтобы свести к минимуму перегрев.
Долли и др. (1994) использовали тестовую ячейку для контроля производительности поликарбонатной сотовой системы TIM. Результаты были экстраполированы для оценки того, как TIM будет работать при модернизации типовых жилых домов Великобритании, построенных по другим строительным стандартам. Прогнозируется, что 8 м2 прозрачного изоляционного материала сэкономят примерно 40 кВтч/м2/год в домах с суперизоляцией и 140 кВтч/м2/год в домах до 19-го века.Дом 30-х годов с крепкими стенами. При сравнительном анализе плоского солнечного коллектора воздуха и непрозрачной стены, облицованной поликарбонатом TIM, Пепортье и Мишель (1995) продемонстрировали увеличение эффективности этих систем по сравнению с обычными системами с одинарным стеклом на 25% и 50% соответственно.
Долли и др. (1994) измерили эксплуатационные характеристики непрозрачных стен, облицованных прозрачной изоляцией , на месте .
Результаты были экстраполированы, чтобы показать, как прозрачные изоляционные материалы будут работать при модернизации типовых жилых домов Великобритании, построенных в соответствии с различными стандартами строительства. Было предсказано, что 8 м2 TIM могут сэкономить примерно 40 кВтч/м2/год при модернизации в суперизолированные дома и 140 кВтч/м2/год при модернизации до 19Дом 30-х годов с крепкими стенами. Без затенения время перегрева (выше 27°С) было увеличено с 4 до 31 для домов со сплошными стенами и с 320 до 784 для домов с суперизоляцией.
Эта статья основана на статье, написанной Марком Доусоном из –Buro Happold. Онлайн-версию диссертации Марка EngD можно загрузить на веб-сайте Университета Брунеля: http://bura.brunel.ac.uk/bitstream/2438/7075/3/FulltextThesis.pdf.
- Усовершенствованные материалы с фазовым переходом.
- Аэрогель.
- BREEAM Изоляция.
- ЭТФЭ
- Изоляция пола.
- Спецификация изоляции.
- Пластик.
- Поликарбонатный пластик.
- Тепловые характеристики помещений, закрытых тканевыми мембранами.
- Типы изоляции.
- U Значение.
Прозрачная изоляция – проектирование зданий
|
Сотовый заполнитель прозрачная изоляция была впервые разработана в 1960-х годах для улучшения изоляционных свойств систем остекления с минимальными потерями светопропускания (Hollands 1965). За последние 25 лет прозрачные изоляционные материалы (ТИМ) применялись для изготовления окон, стен, световых люков, крыш и высокопроизводительных солнечных коллекторов (Долли и др. 19).94, Кошика и Сумати, 2003 г.
).
Прозрачные изоляционные материалы выполняют те же функции, что и непрозрачные изоляционные материалы, но обладают способностью пропускать дневной свет и солнечную энергию, уменьшая потребность в искусственном освещении и отоплении. Они передают тепло в основном за счет теплопроводности и излучения, но конвекция обычно подавляется (Kaushika and Sumathy 2003).
Тепловые и оптические свойства прозрачных изоляционных материалов зависят от материала, его структуры, толщины, качества и однородности. Обычно они состоят из стекла или пластика в виде сот, капилляров или закрытых ячеек. В качестве альтернативы для достижения более высоких показателей изоляции можно использовать гранулированный или монолитный аэрогель на основе диоксида кремния.
В зависимости от структуры материала его расположение можно классифицировать как:
- Амортизатор перпендикулярный.
- Абсорбер параллельный.
- Полость.
- Квазиоднородный.
Рисунок 1: Типы прозрачной изоляции
На рис.
2 (ниже) сравнивается теплопроводность различных прозрачных изоляционных материалов и других изоляционных материалов. Okalux Glass Honeycomb представляет собой серийно выпускаемый поглотитель, перпендикулярный ТИМ, с коэффициентом теплопроводности 0,039.Вт/м.К (Платцер и др., 2004).
Полупрозрачный аэрогель кремнезема, квазигомогенный ТИМ, имеет самую низкую теплопроводность среди всех известных твердых тел и составляет 0,004–0,018 Вт/м·К (Yokogawa 2005, Cabot 2009). Только вакуумная технология сравнима с теплопроводностью в районе 0,005 Вт/м·К (Циммерман и др., 2001).
Рисунок 2 – Теплопроводность изоляционных материалов
Остекление TIM обычно состоит из стеклянных или пластиковых капилляров или сотовых структур, зажатых между двумя стеклянными панелями. Эти системы хорошо рассеивают свет, уменьшая блики и тени (Lien et al. 19).97). Коммерческие продукты, такие как остекление Okalux и Arel, могут иметь низкие коэффициенты теплопередачи при хорошем пропускании солнечного света и света.
По данным Hutchins and Platzer (1996), капиллярное остекление Okalux толщиной 40 мм и сотовое остекление Arel толщиной 50 мм могут достигать коэффициента теплопередачи 1,36 Вт/м2К, что сравнимо с современным газонаполненным двойным остеклением. В качестве альтернативы, системы толщиной 80 и 100 мм могут достигать коэффициента теплопередачи 0,8 Вт/м2·К соответственно, что сравнимо с современными газонаполненными тройными стеклопакетами.
Согласно Робинсону и Хатчинсу (1994), применение остекления TIM, как правило, ограничивается мансардными окнами, атриумами и коммерческими/промышленными фасадами, поскольку геометрическая структура TIM имеет тенденцию ограничивать четкий обзор снаружи. Прозрачные изоляционные материалы кажутся наиболее прозрачными, если смотреть спереди, и имеют тенденцию быть непрозрачными, если смотреть под углом. Чтобы увеличить видимую передачу остекления TIM, важно увеличить размер капилляров, уменьшить толщину или рассмотреть прозрачный изоляционный материал на расстоянии (Lien et al.
19).97).
Согласно измерениям, проведенным Хатчинсом и Платцером (1996 г.), нормальная светопроницаемость сотового и капиллярного ТИМ-остекления составляет 78 и 84% соответственно. Для сравнения, нормальное светопропускание через стандартное двойное остекление аналогично на 81%. Низкоэмиссионные газонаполненные стеклопакеты с двойным и тройным остеклением могут быть ниже на 66 и 63% соответственно (Хатчинс и Платцер, 1996).
Platzer and Goetzberger (2004) and Wong et al. (2007) утверждают, что коммерческое внедрение прозрачных изоляционных материалов было медленным из-за предполагаемых высоких инвестиционных затрат и ограниченного количества проведенных исследований окупаемости. Пепортье и др. (2000) предполагают, что качество продукции должно быть улучшено, чтобы уменьшить дефекты, такие как шероховатости или оплавленные края, которые могут мешать четкости.
Каушика и Сумати (2003) предполагают, что был достигнут значительный прогресс в снижении стоимости производства прозрачной изоляции .
На основании этой более низкой стоимости Wong et al. (2007) рассчитали 3–4-летний период окупаемости промышленного предприятия в Зальцгиттере, Германия, отремонтированного с применением остекления TIM площадью 7 500 м2. Неясно, могут ли эти сроки окупаемости быть непосредственно перенесены на бытовой или коммерческий сектор, но, тем не менее, этот срок окупаемости значительно меньше, чем у новых стеклопакетов.
Исследования в области остекления TIM сосредоточены на разработке систем с использованием прозрачного аэрогеля на основе диоксида кремния. Этот легкий нанопористый материал сочетает в себе высокую светопропускную способность и низкую теплопроводность (Шульц и Дженсон, 2008 г.).
Согласно Bahaj et al. (2008), аэрогелевое остекление часто называют «Святым Граалем» окон будущего, предлагая потенциал для достижения коэффициента теплопередачи всего 0,1 Вт/м2·К, а также высокой солнечной энергии и коэффициента пропускания дневного света примерно 90% (Бахай и др., 2008 г.
, Шульц и Дженсон, 2008 г.).
Термические, оптические и инфракрасные свойства кремнеземных аэрогелей хорошо известны. Материал эффективно пропускает солнечный свет, блокируя передачу тепла путем теплопроводности, конвекции и теплового инфракрасного излучения. Кремнеземный аэрогель имеет самую низкую теплопроводность среди всех материалов: от 0,018 Вт/мК для гранулированного кремнеземного аэрогеля до 0,004 Вт/мК для вакуумированного монолитного кремнеземного аэрогеля (Yokogawa 2005, Cabot 2009).
На сегодняшний день было построено несколько небольших прототипов для определения характеристик аэрогеля из монолитного диоксида кремния при остеклении. Образцы помещают между стеклянными листами и вакуумируют, чтобы защитить аэрогель от напряжения и влаги, поскольку большинство аэрогелей являются хрупкими и гидрофильными, а это означает, что они разлагаются при контакте с водой (Zhu et al. 2007, Schultz and Jenson 2008).
Duer и Svendsen (1998) измерили характеристики пяти различных монолитных плит аэрогеля, изготовленных в разных лабораториях, толщиной от 7 до 12 мм.
Коэффициент теплопередачи центрального стекла образцов остекления варьировался от 0,41 до 0,47 Вт/м2·К. Солнечное и визуальное пропускание варьировалось от 74 до 78% и от 71 до 73% соответственно.
Дженсен и др. (2004), Шульц и соавт. (2005) и Schultz and Jenson (2008) сообщили о характеристиках монолитного аэрогелевого остекления, произведенного на заводе Airglass AB в Швеции. Самым большим прототипом было окно площадью 1,2 м2, состоящее из четырех монолитных плит размером 55 см × 55 см × 15 мм, встроенных в вакуумный герметичный каркас. Этот прототип достиг коэффициента теплопередачи центральной панели 0,66 Вт/м2К (измерено в лаборатории) и общего значения коэффициента теплопередачи 0,72Вт/м2К (измерено с помощью горячего ящика), что указывает на то, что эффект теплового моста по краям был маленьким. Прямое солнечное пропускание составляло 75–76 %, а нормальное пропускание в видимом спектре — 85–90%.
Несмотря на впечатляющее сочетание термических и оптических свойств, аэрогель из монолитного кремнезема еще не вышел на рынок коммерческого остекления.
Согласно Рубину и Ламперту (1983 г.), стоимость, длительное время обработки аэрогеля, сложность изготовления однородных образцов и отсутствие надлежащей защиты от напряжения и влаги являются ключевыми препятствиями, мешающими прогрессу. Дьюер и Свендсен (1998) и Бахадж и др. (2008) предполагают, что требуется дальнейшая работа по улучшению прозрачности образцов, если они заменят обычные окна.
Основная проблема заключается в том, что наноструктура аэрогеля диоксида кремния рассеивает проходящий свет, что приводит к нечеткому изображению. Шульц и Дженсон (2008) утверждают, что благодаря усовершенствованным методам термообработки завод Airglass AB способен производить плитки из аэрогеля с параллельными и гладкими поверхностями, что обеспечивает неискаженный вид при защите от прямого солнечного излучения. Однако при воздействии неперпендикулярного солнечного излучения искажение зрения все равно возникает. Согласно Дженсену и соавт. (2004), Шульц и соавт. (2005) и Schultz and Jenson (2008), остекление аэрогелем является отличным вариантом для больших площадей фасадов, выходящих на север, что позволяет получить чистый прирост энергии в течение отопительного сезона.
Ожидается, что благодаря разработкам в области технологий герметизации краев изделия будут иметь срок службы 20–25 лет без ухудшения характеристик (Шульц и Дженсон, 2008 г.).
Использование гранулированного аэрогеля в остеклении предлагает альтернативу монолитному аэрогелю, который дешевле, надежнее и проще в производстве в промышленных масштабах. Системы не следует рассматривать как прямую замену прозрачным окнам, поскольку гранулы ограничивают свободный обзор наружу. Наоборот, этот материал позволяет достичь низких значений коэффициента теплопередачи, улучшить светорассеяние и резко снизить передачу звука в тех местах, где внешний вид не является существенным (Wittwer 19).92).
Характеристики глазури из гранулированного аэрогеля первоначально исследовались Wittwer (1992). Значения U от 1,1 до 1,3 Вт/м2К были измерены для стеклопакетов толщиной 20 мм, заполненных гранулами диаметром от 1 до 9 мм. Гранулы меньшего размера обладают лучшими термическими характеристиками, так как через воздушные промежутки между гранулами проходит меньше тепла.
Оптически более крупные гранулы аэрогеля пропускали больше света и солнечного света.
Совсем недавно Reim et al. (2002, 2005) измерили и смоделировали характеристики гранулированных аэрогелей, инкапсулированных в 10-миллиметровый пластиковый лист с двойными стенками, зажатый между двумя стеклянными панелями с изолированным газовым наполнением. Лист с двойными стенками был выбран для предотвращения оседания гранул с течением времени, создавая тепловой мост вдоль верхнего края. Для прототипов, содержащих газообразные наполнители криптон/аргон, были рассчитаны такие низкие значения коэффициента теплопередачи, как 0,37–0,56 Вт/м2·К. Без оконных стекол светопропускание составляло 88 и 85% соответственно.
Используя тепловую модель для немецкого климата, Reim et al. (2002) подсчитали, что энергетическая выгода гранулированного аэрогелевого остекления сопоставима с тройным остеклением. Результаты показали, что остекление из гранулированного аэрогеля может снизить риск перегрева на южных и восточных/западных фасадах.
На фасадах, выходящих на север, энергетический баланс аэрогелевого остекления был значительно лучше, чем у тройного остекления, благодаря улучшенному сохранению тепла.
Наиболее подробно задокументировано применение прозрачных изоляционных материалов в плоских солнечных коллекторах (Kaushika and Sumathy 2003, Wong et al 2007). Эти системы предназначены для нагрева воздуха или воды под воздействием солнечных лучей. Основными компонентами являются обращенное на юг покрытие TIM, которое передает солнечную энергию, уменьшая при этом конвекционные и радиационные потери в атмосферу, и черную поглощающую солнечную энергию поверхность для передачи поглощенной энергии жидкости (Duffie and Beckman 2006).
Эксперименты Роммеля и Вагнера (1992) показали, что плоские коллекторы, содержащие слои поликарбонатных сот толщиной 50-100 мм, работают хорошо, облегчая работу при температуре от 40 до 80°C. Более высокие рабочие температуры до 260°С могут быть достигнуты при использовании стеклянных сот, так как пластиковые покрытия подвержены плавлению при температурах выше 120°С (Rommel and Wagner 1992).
Nordgaard и Beckman (1992) смоделировали работу плоских коллекторов, содержащих аэрогель из монолитного кремнезема. Было показано, что снижение коэффициента пропускания солнечного света по сравнению с одинарным стеклопакетом более чем компенсируется снижением тепловых потерь. Свендсен (1992) продемонстрировали, что прототип площадью 1,4 м2, содержащий вакуумированный аэрогель из монолитного кремнезема, был в два раза эффективнее коммерческих высокотемпературных плоских коллекторов.
При дооснащении наружных стен, выходящих на юг, можно использовать прозрачные изоляционные материалы с воздушным зазором сзади для улавливания солнечной энергии. Эта энергия может быть использована либо путем выпуска теплого воздуха внутрь помещения, либо путем пассивного отвода тепла через стену. Согласно Caps and Fricke (1989), Athienitis and Ramadan (1999) и Suehrcke et al. (2004), прозрачные изоляционные материалы, в том числе стеклянные соты, плоские/гофрированные поликарбонатные листы и аэрогель из вакуумированного диоксида кремния, могут обеспечить значительную экономию энергии при модернизации непрозрачных стен жилых и коммерческих помещений.
Результаты показывают, что в холодные солнечные дни дополнительный обогрев может не потребоваться, однако в летнее время необходимы стратегии контроля, чтобы свести к минимуму перегрев.
Долли и др. (1994) использовали тестовую ячейку для контроля производительности поликарбонатной сотовой системы TIM. Результаты были экстраполированы для оценки того, как TIM будет работать при модернизации типовых жилых домов Великобритании, построенных по другим строительным стандартам. Прогнозируется, что 8 м2 прозрачного изоляционного материала сэкономят примерно 40 кВтч/м2/год в домах с суперизоляцией и 140 кВтч/м2/год в домах до 19-го века.Дом 30-х годов с крепкими стенами. При сравнительном анализе плоского солнечного коллектора воздуха и непрозрачной стены, облицованной поликарбонатом TIM, Пепортье и Мишель (1995) продемонстрировали увеличение эффективности этих систем по сравнению с обычными системами с одинарным стеклом на 25% и 50% соответственно.
Долли и др. (1994) измерили эксплуатационные характеристики непрозрачных стен, облицованных прозрачной изоляцией , на месте .