Численное моделирование «поведения» конструкций в доме с теплоизолирующими аэрогелевыми листами с целью оптимизации технических характеристик изоляции и снижения затрат на ее изготовление провели специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 17 января сообщает пресс-служба вуза.

В настоящее время теплоизоляцию наружных стен зданий часто выполняют с применением новых альтернативных материалов, в том числе используют аэрогели из кремнезема. Такая теплоизоляция эффективна, безопасна, водонепроницаема и отличается минимальной плотностью. Исследование характеристик такой теплоизоляции с помощью созданной ими математической модели провели ученые Пермского Политеха.

Результаты проведенного исследования ученые представили в статье журнала «Вестник ПНИПУ. Construction and geotechnics».

Руководитель проекта, доцент кафедры технических дисциплин Лысьвенского филиала Пермского Политеха по направлению «Строительство», кандидат технических наук Александр Сиянов рассказал об аэрогелях, которые они исследовали:

«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».

Аэрогели производят на основе тетраметоксисилана и метанола, которые помещают в стакан с магнитным шариком. Под действием генератора шарик создает из них однородную смесь.

В эту смесь добавляют воду, метанол и гидрат аммиака, которые вместе и образуют гель. Его заливают в формы с метанолом, через некоторое время метанол испаряется, и смесь быстро твердеет.

Семь дней полученный силикагель вымачивают в метаноловых ваннах, затем сушат, отделяя жидкие компоненты, и получают на выходе легкий и твердый материал с большим количеством мелких пор.

Поры обеспечивают высокие физические и тепловые характеристики материала. Для придания ему необходимой несущей способности, этот материал добавляют к волокнистой структуре для образования, например, гибкого аэрогелевого листа толщиной 10 мм.

Такой лист обеспечивает в 3 раза более эффективную теплоизоляцию зданий, чем применяемые ранее традиционные утеплители. Этими листами можно утеплять самые «холодные» участки зданий.

Производство такого аэрогеля обходится в 10 раз дешевле существующих аналогов, при этом он безопасен для здоровья и его можно использовать многократно. Он одинаково хорош и для холодного, и для 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», — пояснил проведенную ими работу исследователь.

Модель помогла разработчикам изучить обмен энергией между различными поверхностями здания с учетом их размеров, ориентации в пространстве и расстояния между ними. Так, если наружная температура конструкции со слоем теплоизоляции была 18,3 °C, то температура внутри при толщине стен 30 см, стекол — 3 и 4 мм составила 26,1 °C. При этом двери, крыша и пол помещения также изолировались аэрогелевым листом.

Эксперимент показал, что аэрогелевые листы можно применять не только в несущих и ограждающих конструкциях, но и для других элементов зданий. Обеспечивая высокий уровень теплоизоляции, использование аэрогелевых листов позволит снизить затраты энергии на поддержание температуры в помещениях зданий.