Изучение процесса деформации различных видов теплоизоляционных материалов при воздействии низких температур и влаги

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

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

1. Кузьмичева И.Г. Минеральная вата // Наука и образование: тенденции и перспективы. 2017. С. 3–4. EDN ZUVFWB.

2. 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.

3. Колосов Р.А. Применение пенопласта в качестве строительного материала // Наука, образование и культура. 2019. № 8 (42). С. 23–24. EDN IMSLMM.

4. 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/e2018-00072-8

5. Eskander 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/s10973-018-6984-6

6. Montaser 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/s40069-022-00549-1

7. Yuan 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/s43452-022-00486-6

8. Гунченко 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.

9. 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.

10. 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/s40891-021-00321-7

11. Проскурова 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.

12. 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/s11814-023-1387-1

13. He 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/s10853-021-06862-6

14. Akan 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/s10765-021-02799-9

15. Zhao 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/s10765-020-02665-0

16. Luo 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-w

17. Akhmetova 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/S0040601521040017

18. Plotnikov 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-z

19. Aniskin 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/s10749-021-01310-6

20. Danaci 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/s11356-022-20927-2