Аэрогели

РЕКЛАМА НА ФОРУМХАУС

С уважением отношусь к Вашему профессиональному подходу по поводу описанного случая. Расскажу откуда случай взялся. Было это где-то 12 лет назад. По соседству с нами в коттеджном поселке жила семья. Муж переехал жить к новой жене, остались мальчики 10 и 14 лет, ровесники моих ну и мама с ними. Она владела своим бизнесом, краски для художников поставляла. Бизнес такой, что на хлеб и образование детей денег еще хватало, а на масло уже с трудом. Ну и младший болел астмой. У нее дома часть стены промерзала из-за дурацкой конструкции опирания перекрытий подвала и первого этажа (как обычно строил прораб без нормального проекта) и влажность даже зимой по психрометру не опускалась ниже 60% (!). За влажность спасибо отсутствию вентиляции, аквариуму и куче растений и плотно закрытым пластиковым окнам с мифическим в том случае микропроветриванием. Ребенок, в общем то, и болел из-за проблемного микроклимата. Старший тоже здоровьем на инфекции не блистал. Ну и первое, что я предложил это приточно-вытяжную вентиляцию. Дорого. Хорошо, давайте хотя бы Вильпе на вытяжку. И это дороговато, но хоть взяла кредит под нее. Да, хорошо бы ее силикатные два кирпича утеплить минватой в конце лета, но это, конечно оказалось вне денежных возможностей хозяйки. В итоге сделали в августе тепло пояса по опираниям, как то обыграли их архитектурно даже убрали аквариумы, поставили Вильпе и пропитку антиплесень, который ровно на год хватило. Влажность уменьшилась, но все проблемы не ушли. Я отдаю себе отчет, что внутренняя изоляция более чем спорное решение из серии "семь раз отмерь - один отрежь", но когда пять лет назад я узнал об аэрогеле, то я привез ей два листа на всю площадь детской. И помогло. Помогло убрать плесень - это понятно, подняли температуру на внутренней поверхности, аэрогель очень гидрофобен и т. д. Я не знаю, осталась ли плесень под аэрогелем, не знаю, что происходит с кирпичом, хотя внешне он не "отстреливет", но с точки зрения здорового микроклимата проблему решили. Был бы раньше аэрогель настоял бы на нем и Вильпе. Это бы решило задачу. Ведь строим мы в первую очередь для создания здорового и комфортного проживания. Картинка чисто для иллюстрации .

 

Всё замечательно, но на фотографиях смущает два момента.
1. Утеплитель открытопористый. Как его можно применять на внутренних сторонах стен помещений? Не выпадет ли в нём конденсат, несмотря на всю гидрофобность (а конденсат выпадает на любых поверхностях при достаточном пересыщении)? Сохраняет ли теплоизоляция на основе гидрогеля свои свойства после выпадения и испарения конденсата?
2. https://www.forumhouse.ru/attachments/5703334/ Можно увидеть расчёт?

 

https://www.forumhouse.ru/attachments/5703286/
Случайная погрешность 0.3%? Вот, не верю. Толщину измеряли штангенциркулем, погрешность просто измерения толщины должна быть гораздо выше. Хоть, не по двум точкам считали, а хотя бы по трём.

Кроме того, кроме случайных погрешностей, как известно, существуют ещё и систематические. Какова же полная погрешность такого измерения? Где-то какое-то время назад читал, что при измерении коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов сложно добиться погрешности меньше 20%. У грамотных естествоиспытателей.

PS "Расхождение между результатами измерений, полученными зарубежными организациями, не превышало 2%, а между отечественными и зарубежными находилось в пределах от 13 до 22%."
http://stroyprofile.com/archive/3089
В той же статье приведен ряд погрешностей государственного первичного эталона теплопроводности. Они выше, чем декларируется в этом протоколе лаборатории.

 

1. У аэрогеля из-за величины пор затруднена даже первая мономолекулярная фаза сорбции. Воздух в порах неподвижен (одна из причин низкого коэффициента теплопроводности как раз в отсутствии конвекции внутри пор материала и наличие воздуха находящегося в порах в состоянии физической сухости). В аэрогеле нет гидрогеля как такового, вся жидкая фаза замещена воздухом. По физике образование конденсата связано лишь с температурой точки росы. То есть по идее, если на поверхности мы получим температуру точки росы то на поверхность должен выпасть конденсат. Но из-за мизерной сорбции и сверхмалого водопоглощения материал сам не смачивается и имеет мизерную сорбцию. У Аспена был пример, как в Новом Орлеане затопило при наводнении трубы с аэрогелем без окожуховки. Две недели в морской воде прошли вообще без последствий для труб. В Норвегии аэрогель идет как антикоррозийное покрытие опор морских платформ, постоянно находящихся в воде Северного моря.
2. По фото Аспена расчета у меня нет. Вы и сами знаете лямбды (по протоколам для аэрогеля, для ППУ тоже более-менее известны) для расчета, например, по нашей плотности теплового потока. Если идти по европейской лябда designed, то лямбда декларируемая = лямбда 10, приращение по температуре по экспоненте графика, приращение по влажности ноль, приращение по старению тоже ноль для аэрогелей. У ППУ влажность за счет сорбции немаленькая и старение за счет замены изопентана воздухом и термодеструкции и окислительной деструкции тоже присутствует. То есть по нашим для температуры 150С разница где то в 2,2 раза, по европе 2,5. Не знаю, к сожалению, как они там в Штатах считают.

 

В принципе я с Вами согласен. Меня иногда гложут смутные сомнения после ознакомления с лабораторной базой, а как они меряют все, что ниже 0,02 Вт/мК? Поэтому и провели испытания в трех разных лабораториях. В любом случае их данные совпали с данными производителей. Не готов обсуждать погрешности, вопрос больше к Соколову, который поверяет приборы в СПб.
Что же касается естественных испытателей, Вы, наверное в курсе сколько копий было сломано когда определяли как замерять лямбду Б при 5% влажности у материалов с сорбцией меньше. Всегда присутствует определенная субъективность, увы.

 

Ой-йо-йо-йо-йой... Как то это всё неправдоподобно.

Диаметры молекул азоты и воды порядка 0.3 нм. Длина свободного пробега молекул воздуха при нормальных условиях - 70 нм, воды - сравнимо. Полости заполнены воздухом, молекулы которого носятся между стенками полостей с тепловыми скоростями. Теплопроводность воздуха в полостях начинает снижаться, когда размеры полостей становятся сравнимы или меньше длины свободного пробега молекул воздуха. Т. е. в аэрогелях полости десятки нанометров (иначе бы теплопроводность была сильно меньше). По сравнению с размерами самих молекул полости всё ещё очень большие.

Размеры молекул азота и воды почти одинаковые. С какой стати воздух в полостях окажется "в состоянии физической сухости"? Полости-то открытые, и диффузию молекул водяного пара в этих полостях никто не отменял. Она снижается пропорционально уменьшению длины свободного пробега молекул воды, но не до нуля.

Как известно, для образования капель воды из пересыщенного пара нужны зародыши, но выше некоторого не очень большого пересыщения капли воды начинают образовываться и самостоятельно из-за термодинамических флуктуаций. Т. е. они начнут образовываться при некотором пересыщении даже внутри полостей с идеально гидрофобными стенками. И материал намокнет изнутри. Что с ним при этом случится, да если потом эта вода ещё и замёрзнет - это любопытно.

Тут было бы интересно увидеть результаты измерения не сорбционной влажности, а паропроницаемости материала, причём, всего целиком, с основой. В ваших документах такого параметра нет. Скорее всего, она высокая. Так что, если им обмотать поверхность с температурой заметно ниже точки росы, эта самая роса в порах материала выпадать будет (но, возможно, всё же снаружи от частиц молотого аэрогеля).

 

Возня с лохокрасочниками меня приучила к тому, что даже самые красивые лабораторные отчёты могут оказаться полной лажей. Иногда можно увидеть следы прямых подтасовок, иногда лаборатория, успешно справляющаяся со стандартными измерениями, глупо ошибается при попытке померить что-либо нестандартное. С аэрогелями, безусловно, всё обстоит не столь трагично, но вот погрешность 0.3% - нет, не верю.

Вообще говоря, любые сертификаты бесполезны без текстов ТУ и лабораторных отчётов, а любые лабораторные отчёты мало полезны без ссылок на опубликованные стандартные методики либо подробные многостраничные документы, в которых было бы описано, что и как именно измеряли и потом считали. По поводу материалов на основе аэрогелей, мне кажется, что можно надеяться, что их теплопроводность чуть ниже теплопроводности воздуха, но отличить 0.016 от 0.018 уже сложно.

 

Размер 80% пор собственно аэрогеля аэрогелевых утеплителей от 5 до 20 нм. Примерно 5% пор до 2 нм. Около 1% от 50 до 100 нм. Оставшиеся от 20 до 50 нм. Эффект Кнудсена имеет место в порах до 20 нм. Размер поры мало влияет на теплопроводность газа, когда размер поры находится между приблизительно одним микроном и одним миллиметром. При размере свыше одного миллиметра конвекционная составляющая стремится повысить теплопроводность. Когда размер поры аэрогеля составляет меньше одного микрона, газопроводность снижается вследствие эффекта Кнудсена Эффект Кнудсена представляет собой явление, которое приводит к снижению теплопроводности по мере того, как все меньше молекул газа пор становится доступным внутри каждой поры для соударения и переноса тепла внутри каждой отдельной поры. Эффект Кнудсена становится существенным, когда размер пор и пространство между порами становятся величинами одного порядка и представляют собой средний свободный проход газа, заполняющего поры. Теплопроводность вследствие газа пор снижается почти наполовину, когда размер пор снижается от одного микрона до 300 нанометров (нм), и снижается почти на 2/3, когда размер пор снижается от одного микрона до величины ниже 100 нм. В земной атмосфере длина свободного пробега молекул воздуха экспоненциально увеличивается с высотой, составляя 6,374·10-8 м на уровне моря, 1,101·10-6 м на высоте 22 км. Нано это 10-9.
Получается, что число Кнудсена в аэрогелях равно или больше 1. Как то так. Паропроницаемость есть в протоколе Политеста на аэрогель на стекловолокне.

 

Евгений, ТУ у меня нет. Пока у меня лишь только в планах начать производство аэрогелей в России. Поэтому весь аэрогель в РФ сейчас импортный. А ссылки на методики указаны, кстати, в протоколах. Все для теплоизоляционных материалов, а не покрытий и красок.

 

Это откуда такая информация?
Вообще говоря, в Кнудсеновскую диффузию я глубоко не вникал, но общую формулу D=1/3<v>l ещё помню. В пористых материалах, правда, нужно учитывать ещё среднее поперечное сечение полостей и удлинение длины диффузии за счёт кривизны каналов, но это к Кнудсеновской диффузии отношения не имеет. Значит, чтобы диффузионные коэффициенты уменьшились в два раза, средняя длина свободного пробега молекул в газе должна тоже уменьшится в два раза. В то, что это происходит уже в полостях, диаметр которых равен аж пять средних длин свободного пробега, я не верю. Распределение длин свободного пробега полости таких размеров уже чувствовать не должно. У вас есть ссылки на литературу?

 

Смелый вы человек. Пожелаю удачи и суметь уронить себестоимость, когда это сделают китайцы.
Методики - да, конечно, в общем случае ГОСТ 7076-99, но важны детали.

 

Water vapour diffusion resistance factor μ 4,8

http://evertecsolutions.com/products/evergel_en/

Коэффициент диффузии в водяного пара в пять раз ниже, чем у воздуха. Ну, ОК. Всё равно, этого более чем достаточно, чтобы воздух в порах не был "физически сухим". В зоне конденсации конденсат будет накапливаться внутри материала (но насасывать воду снаружи материал не будет из-за гидрофобности).

Кстати, это, ведь, сайт производителя? А вас не смущает, что в таблице на этой странице написано враньё? Там написано: "Heat resistance of insulation for thickness 13 mm 7,22 m2K/W". Легко проверить, что сопротивление теплопередачи материала толщиной 13 мм и с коэффициентом теплопроводности 0.018, на самом деле, равно 0,722 m2K/W. Ошибка всего в одном нолике - а какой результат!

 

Уважаю Ваше мнение, останусь при своем. Надо исследования. У меня есть книга Aerogel Handbook под редакцией Michel A. Aegerter, Michel Prassas, издательство Springer, ряд Аспеновских материалов, пара наших статей. Шлите в личку почту, я Вам отправлю.

Ха, действительно поляки напутали, и с R минваты и ППС аналогично. Ну, в нашем случае, лучше с умным потерять, чем с дураком (чудо-краской) найти. Я напишу полякам. Спасибо!

 

Вроде бы уже давно молотым аэрогелем световые колодцы теплоизолируют. Достаточно тонкий слой достаточно светопрозрачен, и при этом обладает высоким сопротивлением теплопередачи.

 

Американский Сabot выпускает светопрозрачку из аэрогелей. Lumira бренд. https://www.cabotcorp.com/solutions/applications/construction
Китайская Joda и американский Aspen тоже стали предлагать такие решения.