mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2023.8.1251-1261mgssuvest-18Research ArticleСтроительное материаловедениеConstruction material engineeringИзучение процесса деформации различных видов теплоизоляционных материалов при воздействии низких температур и влагиStudy of the deformation process of various types of thermal insulation materials under the influence of low temperatures and moisturehttps://orcid.org/0000-0002-3542-786XНеверовЕ. Н.NeverovE. N.

Евгений Николаевич Неверов — доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой техносферной безопасности

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6

Scopus: 57205447914, ResearcherID: H-3524-2017

Evgeniy N. Neverov — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Technosphere Security

6 Krasnaya st., Kemerovo, 650000

Scopus: 57205447914, ResearcherID: H-3524-2017

neverov42@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7623-0940КороткийИ. А.KorotkiyI. A.

Игорь Алексеевич Короткий — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теплохладотехники

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6

РИНЦ ID: 352206, Scopus: 57190978039, ResearcherID: B-9806-2018

Igor A. Korotkiy — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Heat and Cooling Engineering

6 Krasnaya st., Kemerovo, 650000

ID RSCI: 352206, Scopus: 57190978039, ResearcherID: B-9806-2018

krot69@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-4546-0276КороткихП. С.KorotkihP. S.

Павел Сергеевич Коротких — старший преподаватель кафедры теплохладотехники

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6

Scopus: 57207457349, ResearcherID: GYD-7158-2022

Pavel S. Korotkih — senior lecturer of the Department of Heat and Cooling Engineering

6 Krasnaya st., Kemerovo, 650000

ID RSCI: 1055421, Scopus: 57207457349, ResearcherID: GYD-7158-2022

korotkix42@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6578-5545РасщепкинА. Н.RasshchepkinA. N.

Александр Николаевич Расщепкин — доктор технических наук, доцент кафедры теплохладотехники

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6

Scopus: 57216432381

Alexander N. Rasshchepkin — Doctor of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Heat and Cooling Engineering

6 Krasnaya st., Kemerovo, 650000

Scopus: 57216432381

technoholod@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6441-9527СамарС. А.SamarS. A.

Саиль Алексеевич Самар — студент

650000, г. Кемерово, ул. Красная, д. 6

Sail A. Samar — student

6 Krasnaya st., Kemerovo, 650000

johby-fox@mail.ruКемеровский государственный университет (КемГУ)РоссияKemerovo State University (KemSU)Russian Federation20232908202318812511261Copyright © Неверов Е.Н., Короткий И.А., Коротких П.С., Расщепкин А.Н., Самар С.А., 20232023Неверов Е.Н., Короткий И.А., Коротких П.С., Расщепкин А.Н., Самар С.А.Neverov E.N., Korotkiy I.A., Korotkih P.S., Rasshchepkin A.N., Samar S.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/18Введение

Введение. Холодильные машины применяются во многих областях промышленности с целью получения искусственного холода. Для поддержания оптимальных рабочих температур, повышения энергоэффективности и уменьшения энергопотерь при работе холодильных машин используется теплоизоляция. Теплоизоляция — это элементы конструкции холодильной камеры, которые уменьшают процесс теплопередачи и играют роль основного термического сопротивления в конструкции. Ключевые характеристики теплоизоляционных материалов — теплопроводность, плотность, влагопоглощение, гидрофобность, морозостойкость, прочность и горючесть. В зависимости от условий, в которых будет находиться холодильная камера, можно определить, какой материал предпочтительней в качестве теплоизоляции. На данный момент существует множество теплоизоляционных материалов, что может поставить потребителя в тупик, ведь в большинстве случаев в описании характеристик данного материала предоставляется информация лишь о его положительных качествах. Другие особенности, которые делают его применение недостаточно эффективным, не указываются.

Материалы и методы

Материалы и методы. Проведен анализ разных видов теплоизоляционных материалов, которые являются приоритетными при конструировании холодильных камер. Чтобы понять, какой материал обладает нужными характеристиками, следует воссоздать условия, при которых он будет эксплуатироваться. Для этого используются несколько основных лабораторных воздействий для создания неблагоприятных условий для материалов.

Результаты

Результаты. Исследованы материалы, которые продемонстрировали сильные и слабые стороны при разных физических условиях.

Выводы

Выводы. На основе приведенных результатов понятно, какие материалы приоритетны в качестве теплоизоляции холодильной камеры, а какие нуждаются в дополнительной обработке.

Introduction

Introduction. Refrigerating machines are used in many areas of industry to produce artificial cold. To maintain optimal operating temperatures, increase energy efficiency and reduce energy loss, thermal insulation is used during the operation of refrigerating machines. Thermal insulation is the structural elements of the refrigerator, which reduce the heat transfer process, and plays the role of the main thermal resistance in the structure. The main characteristics of thermal insulation materials are: heat conductivity, density, moisture absorption, hydrophobicity, frost resistance, strength and flammability. Depending on the conditions in which the refrigerator will be located, it is possible to determine which material will be preferable as thermal insulation. At the moment, there are many thermal insulation materials, which in turn puts the consumer at a dead end, because in most cases, the description of the characteristics of this material provides information only about its positive qualities. At the same time, its other features, which make its use insufficiently effective, are kept silent.

Materials and methods

Materials and methods. In this article, the analysis of different types of thermal insulation materials, which are priority in the design of cold storage chambers, is carried out. In order to understand which material has the characteristics we need, it is necessary to recreate the conditions under which this material will be used. To do this, several basic laboratory influences are used to create unfavorable conditions for materials.

Results

Results. As a result of these interactions, tests were performed on materials that demonstrated the strengths and weaknesses of materials under different physical conditions.

Conclusions

Conclusions. Based on the above results, it will become clear which materials are priority as thermal insulation of the refrigerator, and which need additional processing.

теплоизоляционный материалпенополиуретанминеральная ватапенопластпенополистиролдеформацияхолодильная машинаthermal insulation materialpolyurethane foammineral woolfoampolystyrene foamdeformationrefrigeration machineИсследование выполнено в рамках комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в областях разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения», утвержденной Распоряжением Правительства Российской Федерации от 11.05.2022 № 1144-р, № соглашения 075-15-2022-1201 от 30.09.2022.The study was carried out as part of a comprehensive scientific and technical program of the full innovation cycle “Development and implementation of a set of technologies in the areas of exploration and production of solid minerals, ensuring industrial safety, bioremediation, creating new products of deep processing from coal raw materials while consistently reducing the environmental burden on the environment and risks to the life of the population”, approved by Order of the Government of the Russian Federation dated 11.05.2022 No. 1144-r, Agreement No. 075-15-2022-1201 dated 30.09.2022.ReferencesКузьмичева И.Г. Минеральная вата // Наука и образование: тенденции и перспективы. 2017. С. 3–4. EDN ZUVFWB.Kuzmicheva I.G. Mineral wool. Science and Education: Trends and Prospects. 2017; 3-4. EDN ZUVFWB. (rus.).Местников А.Е. Прогнозирование структуры и свойств термореактивных пенопластов с использованием теории теплоустойчивости // Современные наукоемкие технологии. 2020. № 11–2. С. 299–304. DOI: 10.17513/snt.38378 EDN AEPICW.Mestnikov A.E. Forecasting the structure and properties of thermoreactive foams using the theory of heat resistance. Modern High Technologies. 2020; 11-2:299-304. DOI: 10.17513/snt.38378. EDN AEPICW. (rus.).Колосов Р.А. Применение пенопласта в качестве строительного материала // Наука, образование и культура. 2019. № 8 (42). С. 23–24. EDN IMSLMM.Kolosov R.A. Application foam as a building material. Science, Education and Culture. 2019; 8(42):23-24. EDN IMSLMM. (rus.).Johnson G.R., Holmquist T.J., Chocron S., Scott N.L. Response of a polystyrene foam subjected to large strains and high pressures // The European Physical Journal Special Topics. 2018. Vol. 227. Issue 1–2. Pp. 61–71. DOI: 10.1140/epjst/e2018-00072-8Johnson G.R., Holmquist T.J., Chocron S., Scott N.L. Response of a polystyrene foam subjected to large strains and high pressures. The European Physical Journal Special Topics. 2018; 227(1-2):61-71. DOI: 10.1140/epjst/e2018-00072-8Eskander S.B., Tawfik M.E., Tawfic M.L. Mechanical, flammability and thermal degradation characteristics of rice straw fiber-recycled polystyrene foam hard wood composites incorporating fire retardants // Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018. Vol. 132. Issue 2. Pp. 1115–1124. DOI: 10.1007/s10973-018-6984-6Eskander S.B., Tawfik M.E., Tawfic M.L. Mechanical, flammability and thermal degradation characteristics of rice straw fiber-recycled polystyrene foam hard wood composites incorporating fire retardants. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 2018; 132(2):1115-1124. DOI: 10.1007/s10973-018-6984-6Montaser W.M., Shaaban I.G., Zaher A.H., Khan S.U., Sayed M.N. Structural behaviour of polystyrene foam lightweight concrete beams strengthened with FRP laminates // International Journal of Concrete Structures and Materials. 2022. Vol. 16. Issue 1. DOI: 10.1186/s40069-022-00549-1Montaser W.M., Shaaban I.G., Zaher A.H., Khan S.U., Sayed M.N. Structural behaviour of polystyrene foam lightweight concrete beams strengthened with FRP laminates. International Journal of Concrete Structures and Materials. 2022; 16(1). DOI: 10.1186/s40069-022-00549-1Yuan C., Wenhua Z., Lei Z., Wanting Z., Yunsheng Z. Dynamic impact compressive performance of expanded polystyrene (EPS)-foamed concrete // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2022. Vol. 22. Issue 4. DOI: 10.1007/s43452-022-00486-6Yuan C., Wenhua Z., Lei Z., Wanting Z., Yunsheng Z. Dynamic impact compressive performance of expanded polystyrene (EPS)-foamed concrete. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2022; 22(4). DOI: 10.1007/s43452-022-00486-6Гунченко Т.С., Бурлуцкая В.Г. Сравнительный анализ параметров утеплителей на основе полимерных материалов: пенопласт и экструдированный пенополистирол // IV Междунар. студ. строит. форум – 2019 : сб. докл. (к 65-летию БГТУ им. В.Г. Шухова). 2019. С. 260–266. EDN NXVNGS.Gunchenko T.S., Burlutskaya V.G. Comparative analysis of insulation parameters based on polymer materials: foam and extruded polystyrene foam. IV International Student Building Forum – 2019 : collection of reports (To the 65th anniversary of BSTU named after V.G. Shukhov). 2019; 260-266. EDN NXVNGS. (rus.).Петрюк И.П. Моделирование прочностных характеристик пенопластов // Пласические массы. 2020. № 5–6. С. 36–37. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-5-6-36-37 EDN XBOBDJ.Petryuk I.P. Modeling the strength characteristics of foam plastics. Plasticheskie massy. 2020; 5-6:36-37. DOI: 10.35164/0554-2901-2020-5-6-36-37. EDN XBOBDJ. (rus.).Malai A., Youwai S. Stiffness of expanded polystyrene foam for different stress states // International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2021. Vol. 7. Issue 4. DOI: 10.1007/s40891-021-00321-7Malai A., Youwai S. Stiffness of expanded polystyrene foam for different stress states. International Journal of Geosynthetics and Ground Engineering. 2021; 7(4). DOI: 10.1007/s40891-021-00321-7Проскурова И.Д., Ахатов T.Р. Исследование применения минеральных ват в утеплении зданий и сооружений // Проблемы обеспечения химической безопасности : сб. тр. II Всерос. науч.-практ. конф. 2021. С. 56–60. EDN KGHMUY.Proskurova I.D., Akhatov T.R. Research of the application of mineral water insulation of buildings and structures. Problems of ensuring chemical safety : collection of proceedings of the II All-Russian Scientific and Practical Conference. 2021; 56-60. EDN KGHMUY. (rus.).Porkar B., Atmianlu P.A., Mahdavi M., Baghdadi M., Farimaniraad H., Ali Abdoli M. Chemical modification of polystyrene foam using functionalized chitosan with dithiocarbamate as an adsorbent for mercury removal from aqueous solutions // Korean Journal of Chemical Engineering. 2023. Vol. 40. Issue 4. Pp. 892–902. DOI: 10.1007/s11814-023-1387-1Porkar B., Atmianlu P.A., Mahdavi M., Baghdadi M., Farimaniraad H., Ali Abdoli M. Chemical modification of polystyrene foam using functionalized chitosan with dithiocarbamate as an adsorbent for mercury removal from aqueous solutions. Korean Journal of Chemical Engineering. 2023; 40(4):892-902. DOI: 10.1007/s11814-023-1387-1He J., Wu H., Zhong L., Zhong Q., Yang Q., Ye X. et al. Mechanical properties and thermal conductivity of lightweight and high-strength carbon-graphite thermal insulation materials // Journal of Materials Science. 2022. Vol. 57. Issue 6. Pp. 4166–4179. DOI: 10.1007/s10853-021-06862-6He J., Wu H., Zhong L., Zhong Q., Yang Q., Ye X. et al. Mechanical properties and thermal conductivity of lightweight and high-strength carbon-graphite thermal insulation materials. Journal of Materials Science. 2022; 57(6):4166-4179. DOI: 10.1007/s10853-021-06862-6Akan A.E. Determination and modeling of optimum insulation thickness for thermal insulation of buildings in all city centers of Turkey // International Journal of Thermophysics. 2021. Vol. 42. Issue 4. DOI: 10.1007/s10765-021-02799-9Akan A.E. Determination and Modeling of Optimum insulation thickness for thermal insulation of buildings in all city centers of Turkey. International Journal of Thermophysics. 2021; 42(4). DOI: 10.1007/s10765-021-02799-9Zhao R., Guo H., Yi X., Gao W., Zhang H., Bai Y. et al. Research on thermal insulation properties of plant fiber composite building material : a review // International Journal of Thermophysics. 2020. Vol. 41. Issue 6. DOI: 10.1007/s10765-020-02665-0Zhao R., Guo H., Yi X., Gao W., Zhang H., Bai Y. et al. Research on thermal insulation properties of plant fiber composite building material : a review. International Journal of Thermophysics. 2020; 41(6). DOI: 10.1007/s10765-020-02665-0Luo C., Zhao Z., Zhang D., Li C., Liu C., Li Y. et al. Temperature effect on the thermal properties of insulation paper // Electrical Engineering. 2021. Vol. 103. Issue 2. Pp. 1083–1091. DOI: 10.1007/s00202-020-01129-wLuo C., Zhao Z., Zhang D., Li C., Liu C., Li Y. et al. Temperature effect on the thermal properties of insulation paper. Electrical Engineering. 2021; 103(2):1083-1091. DOI: 10.1007/s00202-020-01129-wAkhmetova I.G., Lapin K.V., Akhmetov T.R., Balzamova E.Yu. Applying modern information technologies for thermal energy accounting in the operational search for humidification of thermal insulation // Thermal Engineering. 2021. Vol. 68. Issue 5. Pp. 410–416. DOI: 10.1134/S0040601521040017Akhmetova I.G., Lapin K.V., Akhmetov T.R., Balzamova E.Yu. Applying modern information technologies for thermal energy accounting in the operational search for humidification of thermal insulation. Thermal Engineering. 2021; 68(5):410-416. DOI: 10.1134/S0040601521040017Plotnikov A.A. Stabilizing the temperature regime of a frozen foundation bed using thermal insulation and cooling mechanisms // Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2020. Vol. 57. Issue 4. Pp. 329–335. DOI: 10.1007/s11204-020-09674-zPlotnikov A.A. Stabilizing the temperature regime of a frozen foundation bed using thermal insulation and cooling mechanisms. Soil Mechanics and Foundation Engineering. 2020; 57(4):329-335. DOI: 10.1007/s11204-020-09674-zAniskin N.A., Chuc N.T., Khanh P.K. The use of surface thermal insulation to regulate the temperature regime of a mass concrete during construction // Power Technology and Engineering. 2021. Vol. 55. Issue 1. Pp. 1–7. DOI: 10.1007/s10749-021-01310-6Aniskin N.A., Chuc N.T., Khanh P.K. The use of surface thermal insulation to regulate the temperature regime of a mass concrete during construction. Power Technology and Engineering. 2021; 55(1):1-7. DOI: 10.1007/s10749-021-01310-6Danaci H.M., Akin N. Thermal insulation materials in architecture: a comparative test study with aerogel and rock wool // Environmental Science and Pollution Research. 2022. Vol. 29. Issue 48. Pp. 72979–72990. DOI: 10.1007/s11356-022-20927-2Danaci H.M., Akin N. Thermal insulation materials in architecture: a comparative test study with aerogel and rock wool. Environmental Science and Pollution Research. 2022; 29(48):72979-72990. DOI: 10.1007/s11356-022-20927-2

The authors declare that there are no conflicts of interest present.