Герметизация ввода теплосети в здание: Герметизация ввода труб в здание

Содержание

Герметизация ввода труб в здание

Наличие коммуникаций в здании – неотъемлемое условие его комфортной эксплуатации. По этой причине, вопросу герметизации ввода труб в здание сегодня уделяется повышенное внимание. Игнорируя необходимость выполнения аналогичных работ, строители своими руками делают все возможное для быстрого разрушения здания. Через технологические отверстия внутрь постройки будет проникать влага, которая оказывает разрушающее воздействие на фундамент и прочие конструктивные элементы здания.

Что необходимо изолировать?

Герметизация ввода труб в здание необходима при прокладке газовых, водопроводных, канализационных и тепловых сетей. Именно узел ввода трубопроводов внутрь строения считается наиболее уязвимым во всей гидроизоляционной системе. Мастера уделяют вопросам герметизации повышенное внимание, чтобы максимально продлить срок службы здания и сохранить его прочность при различных погодно-климатических условиях.

Все запланированные работы проводятся согласно актуальным техническим требованиям. На современном строительном рынке представлены различные устройства и материалы для решения обозначенной проблемы. Крайне важно сделать герметизацию ввода труб в здание долговечной и качественной, иначе она в короткие сроки перестанет выполнять свою главную функцию - исключить попадание воды внутрь здания в процессе его эксплуатации.

Особенности

Специальные уплотнительные элементы изготавливают из высококачественных материалов, демонстрирующих превосходную герметизацию и повышенную эластичность. При условии грамотного выбора и соблюдения технологии выполнения монтажных работ мастерам удается достичь максимальной герметичности всех стыков коммуникаций и стен здания, увеличить срок эксплуатации инженерных сетей.

Особого внимания заслуживают места стыков элементов, изготовленных из разнородных материалов. Эти зоны нуждаются в особо тщательной гидроизоляции, поскольку максимально уязвимы. Довольно часто специалисты рекомендуют дополнительно выполнять инъекционное введение эластичных полиуретановых смол, которые существенно увеличивают прочность и надежность соединения. Однако, если для герметизации трубных вводов применять такие уплотнения, как Link Seal, ЗУКП или Компакт, то в этой операции нет никакого смысла, поскольку данные типы уплотнений трубных вводов испытаны и обеспечивают герметичность при наружном давлении до 5 Бар (50 м водяного столба).

Изоляция вводов

Гидроизоляция вводов коммуникационных сетей в здание – наиболее ответственное мероприятие на этапе строительства. Чаще всего неопытные мастера сталкиваются с определенными сложностями при проведении работ, если используют устаревшие методики заполнения пустот битумными или цементными материалами. Эти материалы имеют существенный недостаток, который заключается в невозможности учета степени расширения веществ с разнородной структурой: цемента, пластика и металла. Также материалы демонстрируют недостаточную сопротивляемость существенному наружному давлению жидкости.  

Инновационные решения

Наша компания является эксклюзивным поставщиком уплотнений Link Seal, ЗУКП и Компакт на территории РФ и СНГ. Эти уплотнители кольцевого пространства произвели настоящую революцию на строительном рынке. Они позволяют достичь идеальной герметизации вводов трубопроводов и увеличить долговечность здания. Благодаря применению уникальной технологии герметизации, стык между конструктивными элементами коммуникационных сетей становится абсолютно непроницаемым для газообразных и жидких сред. Вся продукция сертифицирована.

Герметизация вводов коммуникаций - НГБ Инжиниринг

ГЕРМЕТИЗАЦИЯ ВВОДОВ ИНЖЕНЕРНЫХ КОММУНИКАЦИЙ

 

 

 

 

 

 

Вводы инженерных коммуникаций в подземных строительных конструкциях являются одним из самых уязвимых мест в создании надежной системы гидроизоляции сооружений. Это относится как к промышленному, так и к частному строительству. Периодически протекающие вводы труб и кабелей, образование плесени и постоянная сырость – проблемы связанные с применением старых методов изоляции вводов коммуникаций, которые имеют временный эффект и не рассчитаны на постоянные деформации и длительный контакт с водой. Неправильно выполненные работы могут привести к тому, что Вам не подпишут акт герметизации вводов инженерных коммуникаций.

Современная герметизация инженерных вводов коммуникаций предусматривает использование наиболее продвинутых технологий, материалов, аксессуаров и приспособлений. Причем исключительно профессиональный подход к конструктивному решению позволит избежать возможных рисков с нарушениями целостности системы.

Очень часто на строительных площадках можно увидеть ситуацию, когда сооружение или его часть уже построено, а через открытые отверстия, подготовленные к вводу инженерных коммуникаций, ручьем течет вода и грязь. Никакие работы в таких помещениях вести невозможно, остается только ждать, когда проведут все коммуникации и выполнят гидроизоляцию вводов. На больших промышленных объектах, где работает несколько подрядных организаций, подобная ситуация может создать много проблем, затормозить строительство и привести к лишним финансовым затратам. Отсутствие подписанного документа (акт на герметизацию вводов) может привести к соответствующим юридическим последствиям и возмещению ущерба.  

1. Герметизация вводов инженерных коммуникаций при новом строительстве

Герметизация ввода в здание – этап, который нужно рассматривать в комплексе общих работ по гидроизоляции сооружений. Качественно выполненная гидроизоляция железобетонной конструкции на стадии строительства поможет оперативно и с меньшими затратами по времени и финансам решить такие проблемы, как: герметизация кабельных вводов, герметизация тепловых вводов, герметизация ввода водопровода и герметизация ввода канализации. Т.е. герметизация вводов должна быть проработана на стадии проектных работ с участием специализированной организации, имеющей опыт по созданию технических решений по комплексной гидроизоляции сооружений.

Первое. Необходимо оградить негативное влияние грунтовых вод, особенно при их высоком уровне залегания, на конструкцию. Для этого необходимо устройство дренажной системы их отвода. Нужно помнить, что устройство дренажной системы не является гидроизоляцией заглубленной части сооружений по своей сути, поэтому мероприятия по гидроизоляции бетона неминуемы.  

Второе. Выполняем гидроизоляцию железобетонной конструкции на стадии строительства, используя модифицирующие добавки системы кристаллического барьера "Ксайпекс Адмикс С-1000 NF" с дозировкой всего 1% от массы цемента или Ровелтрон Гидродобавка. Добавка вводится в бетонную смесь при ее приготовлении на бетонном заводе, или на стройплощадке в автомиксер. У модифицированного бетона повышаются эксплуатационные характеристики по водонепроницаемости, морозостойкости, прочности, стойкости к растворам солей грунтовых вод. Так же у бетона появляются новые свойства, одно из них – эффект самозалечивания трещин, когда при появлении микротрещин в теле бетона в результате его усадки или внешних деформаций, активные компоненты добавки заполняют эти трещины.

Третье. Для гидроизоляции получаемых при бетонировании «холодных швов» применяются специальные гидропрокладки, например «Гидротайт», отличающихся надежностью герметизации «холодных швов» и простотой монтажа. Гидропрокладки монтируются на бетонное основание на специальный герметик «Leakmaster» («Ликмастер») или дюбель-гвоздь с шагом 250-300 мм без использования металлической прижимной сетки. Действие гидропрокладки основано на способности гидрофильной резины при контакте с водой увеличиваться в объеме в несколько раз. Процесс расширения гидропрокладки происходит не сразу благодаря защитному слою на ее  поверхности.  Этот слой  полностью растворяется в воде уже через несколько часов. Запас времени необходим для монтажа гидропрокладки на бетонное основание, пока та не увеличилась в объеме раньше времени. После укладки бетона гидропрокладка, увеличиваясь в объеме, герметизирует «холодный шов» бетонирования. Сегодня использование гидропрокладки «Гидротайт» является самым технологичным и надежным решением, позволяющим добиться 100% герметичности железобетонной конструкции.

Четвёртое. Образованные технологические отверстия в результате демонтажа стяжных шпилек после снятия опалубки необходимо заполнить гидроизоляционным составом. Перед заделкой отверстий высверливается пластиковая трубка диаметром 30 мм на глубину 40 мм. Для гидроизоляции используется безусадочный быстросхватывающийся состав «Xypex Patch’n Plag».  Материал после затворения водой схватывается в течение 3 минут. Уже через 20 минут его прочность на сжатие составляет 9 Мпа. Обладает хорошей адгезией к бетону, кирпичу, камню, металлу, используется для гидроизоляции швов бетонных и железобетонных конструкций.

Для герметизации сквозных течей в бетоне или кирпиче в труднодоступных местах применяется тампонирование герметиком Stopaq FN 2100. Область протечки рассверливается до диаметра 30-40 мм. на глубину 150 мм. Просверленная полость очищается аппаратом высокого давления и заполняется герметиком Stopaq 2100 слоем 100 мм. Когда течь прекратится, оставшиеся 50 мм замазываются безусадочным раствором.

Пример герметизации ввода (рис.1)

Пятое. Гидроизоляция вводов инженерных коммуникаций возможна на стадии бетонирования используя бентонитовые шнуры, гидрофильные прокладки, специальные герметики и подливочные быстросхватывающие составы на цементной основе. Так как адгезия (прилипание) материалов на цементной основе и пластмассы, полипропилена не достаточная, места контактов  подливочного материала и поверхностей труб изолировать специальным герметиком.  

При герметизации донных скиммеров или закладных элементов необходимы: подливочный состав на цементной основе, гидропрокладка для вводов коммуникаций и специальный герметик, имеющий хорошую адгезию одновременно с бетоном и пластиковой трубой ввода коммуникаций. В качестве подливочного состава рекомендуем использовать «ISOTAL», который имеет высокую водонепроницаемость, морозостойкость, отличную адгезию к бетону, заполняет все пустоты и полости под донные скиммеры и закладные элементы. Перед укладкой подливочного состава все вводы коммуникаций обматываются гидропрокладкой «Гидротайт»  и плотно фиксируются проволокой. Места разрывов гидрофильной резины склеиваются расширяющимся при контакте с водой герметиком "Ликмастер". При положительном давлении воды после укладки подливочного раствора (пока он полностью не схватился) в местах примыкания «ISOTAL» и трубопровода выполнить штрабу небольшого сечения для последующего заполнения ее специальным герметиком, например, «KEMAFLEX MS». 

Пример герметизации ввода (рис. 2)

Альтернативным вариантом герметизации вводов труб на стадии строительства перед заливкой бетона при низком и отрицательном давлении воды может быть использование набухающего при контакте с водой клея-герметика типа "Ликмастер" и гидрофильной резины типа "Гидротайт SS-0320", которая монтируется вокруг трубы на расстояние не менее 100 мм от предполагаемого края бетонной поверхности. 

Герметизация кабельных вводов в здание выполняется с помощью герметика Stopaq. Герметик Stopaq FN 2100 – идеально подходящая мастика для герметизации кабельных вводов. Герметик заполняется в зазор между отверстием и кабелем или трубой. Минимальный зазор для герметизации – 20 мм. Толщина слоя герметика - 100 мм. При контакте с водой герметик Stopaq fn 2100 расширяется в объеме примерно на 10-15% и заполняет все пустоты. Герметик Stopaq fn 2100 не токсичен, используется без ограничений и защитных мероприятий. Является уникальным герметизирующим материалом, позволяющим избежать утечек в местах проникновения труб и кабелей под землей.  Обладает уникальной способностью восстанавливаться. В случае смещения врезного кабеля или трубопровода (утрамбовка почвы) герметизация в большинстве случаев будет восстановлена благодаря аполярным характеристикам, вызывающим разбухание герметика.

Герметизация ввода теплосети в здание в районах с повышенной сейсмичностью

Герметизация вводов инженерных коммуникаций по СНиП в таких районах при новом строительстве выполняется с зазором в 30-40 см между перемычкой и поверхностью трубы. Такой запас создается с учетом проседания грунта. Узел герметизации ввода теплотрассы в районах с повышенной сейсмичностью требует использование эластичных полимерных составов, способных восстанавливаться, разбухать и заполнять образующиеся пустоты, образующиеся при просадке грунта или его утрамбовке. Такие требования относятся также к просадочным грунтам 2 типа и строгое соблюдение всех этих норм и правил не вызовет сложностей с актом на герметизацию вводов теплотрассы.

Специально разработанный комплект для герметизации кабельных вводов позволяет решать задачи в различных сложных условиях и не переживать, что акт герметизации инженерных вводов Вам не подпишут.  Если Вам необходим бланк или образец заполнения акта герметизации вводов, Вы можете обратиться к нашим специалистам с соответствующим запросом через специальную форму на сайте с пометкой «Акт герметизации вводов в здание».

Герметизация смонтированных вводов с помощью гермовтулок

Герметизация ввода водопровода в здание выполняется также с помощью гермовтулок и гермовставок. Гермовтулка – представляет собой конструкцию, состоящую из двух фланцев со стяжками, между которыми помещен эластомер. Гермовтулка вставляется в межтрубный зазор. При затягивании гаек стяжек, фланцы сжимают эластомер, который расширяется и надежно герметизирует ввод. Гермовтулки применяются там, где ввод уже смонтирован, разобрать и выровнять трубы невозможно. Гермовтулки имеют геометрию тел вращения, а Гермовставки - форму прямоугольников с одним или множеством отверстий одинакового или различного диаметра. Перед установкой Гермовтулки в прямо-шовную гильзу, шов и окалину необходимо полностью зачистить до зеркала металла. С обратной стороны ввода устанавливается опорно-направляющее кольцо (если ввод соосный) или опорное седло (если требуется создать уклон). Компакты могут устанавливаться в пробуренные отверстия без гильз. 

 

2. Герметизация вводов коммуникаций при реконструкции зданий и сооружений

Как правило, при реконструкции зданий часто приходится сталкиваться с серьезными разрушениями бетона, поврежденной гидроизоляцией, неработающей дренажной системой и "горько плачущими" вводами инженерных коммуникаций. Именно вводы инженерных коммуникаций в реконструируемых сооружениях подвержены наибольшей уязвимости от воздействия агрессивной среды.

Не будем подробно описывать весь комплекс мероприятий необходимых для ремонта гидроизоляции старых сооружений. Подробнее об этом Вы можете ознакомиться в других наших статьях, таких как: ремонт бетона, защита арматуры от коррозии, гидроизоляция бетона.

Герметизация ввода труб в здание в условиях постоянного водопритока

Если речь идет о протекающем вводе коммуникаций в эксплуатируемом здании, то в первую очередь необходимо остановить течь. Остановка течи может быть выполнена различными способами. В первом случае, можно использовать безусадочную гидропломбу "Ксайпекс Патч Плаг". Далее вокруг гильзы выполняется штроба таким сечением, чтобы обмотать гильзу гидропрокладкой "Гидротайт" в один виток и расстоянием до края стены минимум 100 мм, затем увлажняется подготовленная полость, грунтуется материалом проникающего действия типа "Ксайпекс Концентрат", монтируется гидропрокладка, заполняется шовным безусадочным быстросхватывающимся составом, обрабатывается материалом проникающего действия в 2 слоя. По завершении работ необходим влажностный уход за отремонтированным вводом минимум 3 суток. Во втором случае, можно применить тампонирование.

Герметизация ввода кабеля в условиях постоянного водопритока.

Герметизация кабельных вводов в здание при напорной течи также выполняется с помощью герметика Stopaq FN2100. Работы герметиком можно выполнять при течах любой интенсивности. Если герметизация ввода будет производиться на глубине ниже максимального УГВ, то необходимо будет увеличить слой герметика и использовать безусадочную гидропломбу "Ксайпекс Патч Плаг" с толщиной не менее 70-100 мм. с внутренним набухающим уплотнением примыканий гильзы, трубы, кабеля. Отверстие ввода и кабели предварительно очищаются от мусора, грязи, песка. Если в зоне монтажа присутствуют жирные или битумные загрязнения, удалите их растворителем. Перед применением нужно разогреть герметик до плюс 40-45°С в горячей воде. 

На глубине 150 см установить ограничитель расхода герметика. Это может быть поролон или любой материал, зачеканенный в зазоре. Если в одной гильзе герметизируется одновременно несколько кабелей, то их необходимо развести между собой капроновым жгутом, толщиной 15-20 мм (произвести разжгутовку). Закачать герметик слоем, толщиной 100 мм. После того, как течь воды прекратилась, удалите остатки герметика со стенок гильзы и кабеля. Заделайте остаток пространства (50 мм) безусадочным составом типа "Ксайпекс Патч Плаг". 

Минимальный / максимальный зазор для герметизации – 20 / 50 мм. Минимальная глубина закачивания герметика - 150 мм. При увеличении диаметра рабочей трубы, глубина закачивания увеличивается.  

Современные системы герметизации вводов инженерных коммуникаций рекомендованные специалистами НГБ Инжиниринг рассчитаны на различные условия применения и обеспечивают герметичность сооружений на длительный период эксплуатации. Герметизация вводов инженерных коммуникаций материалами, используемых нашими специалистами, экологически безопасна, сертифицирована и соответствует всем строительным нормам и правилам. Мы выбираем определенный способ в зависимости от существующих условий и конкретных целей. Стыковочные входные узлы, которые являются самыми уязвимыми местами системы коммуникаций, уплотняются и получают, после проведения герметизации повышенный запас прочности. Кроме того все узлы герметизации вводов являются эластичными и ремонтопригодными, в случае возникновения форс-мажорных обстоятельств. 

Осуществляя герметизацию инженерных вводов труб и коммуникаций, следует помнить, что срок службы конструкций стен, подверженных увлажнению, вследствие возникающей коррозии металла и бетона, разрушения кирпича, сильно сокращается. Поэтому работы по гидроизоляции очень важно проводить своевременно.

Фирма НГБ, работая с современными материалами по новейшим технологиям, качественно с гарантией выполняет гидроизоляцию и герметизацию вводов инженерных коммуникаций любой сложности: герметизация ввода трубы в колодец, герметизация вводов тепловых сетей, герметизация проходов при вводе кабелей, герметизация ввода теплотрассы, герметизация ввода теплосети с учетом проседания грунта и др.

 

Связаться с нами Вы можете по номеру телефона 8 (8162) 92-27-15 или по электронной почте [email protected]

 

 

Герметизация мест проходов инженерных коммуникаций

Герметизация проходов — одно из основных направлений работы компании «ТехноНОВО». Оперативно составим смету, заключим договор, а также профессионально проконсультируем по выбору необходимой технологии и материалов!

 

 

Отличный прочный фундамент, добротные стены и качественная кровля будут всего лишь коробкой не пригодной для жилья, если в доме невозможно принять ванну, приготовить еду, посмотреть телевизор или подключить компьютер. Для того, чтобы сделать дом полноценным и удобным жильем, необходимо выполнить подвод инженерных коммуникаций, которые обеспечат его всем необходимым. А для того, чтобы проходы коммуникаций не стали причиной сырости и разрушения основания дома, необходима их качественная герметизация.

Места проходов труб канализации, водоснабжения, газа и кабелей напряжения во все времена были самым уязвимым местом во всей системе гидроизоляции. Поэтому сегодня герметизация коммуникаций выделяется в отдельный этап работы, которому уделяется повышенное внимание. Небрежно заизолированные места стыков труб и стен сводят на нет всю проведенную ранее работу по строительству и гидроизоляции фундамента, подвала, цоколя, и стен самого здания. Так как именно эти стыки попадают под разрушительное влияние в первую очередь. А также от них в первую очередь возникают нежелательные протечки, проникновение сырости в жилые комнаты, и рост плесени и грибков, разрушающих несущие конструкции строения.

Гидроизоляция мест прохода инженерных коммуникаций

Гидроизоляция мест, где будут в дальнейшем проведены коммуникационные системы, является важной и необходимой составляющей строительства здания любого назначения, будь то жилой дом, офис или техническое помещение. Поэтому все работы, выполняемые при прокладке вводов коммуникационных линий должны выполняться в соответствии со всеми техническими требованиями, а качеству гидроизоляции мест входа в стены строения уделено самое тщательное внимание.

Современный строительный рынок располагает широким спектром материалов, с помощью которых можно провести качественную и долговечную герметизация мест выхода коммуникаций. Это монтажные пены, шнуры, изготовленные из композиционных полимерных материалов, и другие герметики, производимые на высококачественной основе, обладающих отличной адгезией и прекрасной эластичностью. Благодаря своим качествам все материалы, при условии правильного подбора и грамотного применения могут обеспечить идеальную герметичность всех стыков различных структур, одновременно способствуя предохранению несущих конструкций от разрушения, и значительно продлевая их срок бесперебойной эксплуатации.

Места соединения разнородных материалов требуют тщательной гидроизоляции. Герметизация мест ввода закладных стальных гильз в стену здания производится инъектированием эластичных полиуретановых смол. Полиуретановые смолы при контакте с водой увеличиваются в объеме и образуют плотную эластичную вспененную структуру.

Гидроизоляция вводов коммуникаций инъектированием эластичных полиуретановых смол

Важным преимуществом большинства герметиков является их экологически безопасная основа, позволяющая проводить гидроизоляцию как снаружи, так и внутри здания. А так же отличительным моментом является удобная упаковка с набором специальных насадок, которые облегчают доступ к самым труднодоступным местам стыков.

Гидроизоляция вводов коммуникационных систем

Из всех моментов гидроизоляции проходов коммуникаций самым сложным и кропотливым является изоляция вводов. Чаще всего проблемы на этом участке возникают по причине использования традиционных способов с применением цементных и битумных мастик. Значительным недостатком этих материалов является невозможность учета разности расширения разнородных веществ, таких как пластик, металл и цемент, а так же низкая сопротивляемость значительному наружному давлению воды.

Применяемые много десятилетий технологии, могут препятствовать некоторое время проникновению воды и влаги в том случае, если уровень грунтовых и паводковых вод достаточно низкий, и русла проходят в стороне от фундамента. Если же узел герметизации из устаревших материалов располагается в заглубленных конструкциях из бетона, кирпича или железобетона, очень быстро течь образуется именно на этом месте. Объяснение такому явлению простое до банальности, материал для современных труб и гильз абсолютно не имеет адгезии к бетону или другим материалам несущей конструкции, и на месте их стыков обязательно неизбежно остаются холодные рабочие швы.

Сегодня изготовители гидроизоляционных материалов выпускают универсальные средства, способные сделать прочным и долговечным любой холодный шов, независимо от того из какого сырья выполнены сами трубы, гильзы, гофры. Будь то пластик, нержавейка или другой металл ввод прохода коммуникаций будет герметичным и водонепроницаемым. Это герметики, созданные на основе полиуретанового вещества.

С помощью этих материалов имеется возможность проводить гидроизоляцию входов коммуникаций на любом этапе строительства. Они представляют собой гибкий жгут, который при непосредственном контакте с водой разбухает, и заполняет собой все имеющееся свободное пространство.

Гидроизоляция проходов трубопровода

Гидроизоляция трубопровода имеет свои особенности и трудности. При выполнении таких работ необходимо учитывать не только сильное давление воды извне, но и ответное давление внутренних жидкостей, а также постоянную разницу температур. Обычные герметики не смогут долго выдерживать такую значительную нагрузку. Поэтому для входов, проходов и вводов трубопровода используют принцип трехкомпонентной гидропломбы.

Такая гидропломба состоит из безусадочных бетонных смесей и полиуретанового состава. Особенно эффективно применение подобной конструкции в зданиях, где предполагается значительное усыхание и подвижка конструкции. В качестве полиуретанового наполнителя применяют:

  • «Аквидур ТС-Б»,
  • «Аквидур ЭС»,
  • «Аквидур ТС-Н».

Гидроизоляция технологических проемов и монтажных отверстий

Неизбежно после удаления щитов опалубки, стяжек и связей остаются технологические проемы и монтажные отверстия, герметизация которых является обязательным этапом гидроизоляции.

Оптимальным вариантом заполнить эти щели, и не позволить сквозь них просочиться влаге или воде, это использовать быстротвердеющую сухую гидроизоляционную смесь «Ремстрим» или «Стрим-смесь». Состав смеси специально предусмотрен для использования при изоляции конструкций, которые будут подвергаться внешнему и внутреннему давлению воды, прямому и обратному воздействию температур.

Состав удобен в применении, создает прочный слой, надежно связывающий края стыков, трещин и холодных швов. А использование этого средства совместно с инъектированием эластичных полиуретановых смол позволяет легко и качественно избавляться от трещин и пор значительных размеров, при этом сохраняя эластичность стыка. Пластичность этих герметиков делает несущую конструкцию неприступной перед самым достаточно сильным давлением воды.

Стоимость герметизации проходов инженерных коммуникаций

Стоимость гидроизоляции проходов инженерных коммуникаций и срок выполнения работ в каждом случае определяются индивидуально – они зависят от объёма и сложности. Наши специалисты с радостью приедут к Вам на объект в удобное для Вас время для оценки сложившейся ситуации. Выберут самый оптимальный вариант герметизации технологических проемов и посоветуют те или иные материалы для гидроизоляции, составят смету. Мы всегда рады Вам помочь!

Герметизация вводов инженерных коммуникаций. Герметизация проходов инженерных коммуникаций

Недостаточно качественная гидроизоляция мест вводов различных инженерных коммуникаций, в частности, труб, кабелей - одна из самых часто встречающихся ошибок строителей и проектировщиков. Вследствие того, что в стыках «бетон-металл» или «бетон-пластик» остается, так называемый, холодный шов, вода попадает через них внутрь подвальных заглубленных помещений. Именно поэтому очень важно проводить полную герметизацию вводов труб, используя при этом современные технологии гидроизоляции.

Вводы труб - одни из самых уязвимых мест, поскольку они непосредственно контактируют с различными строительными конструкциями. В случае образования протечки всему зданию может быть нанесен существенный вред, будут повреждены стены и перекрытий. Кроме того, из-за протечек на увлажненной поверхности стен появляются высолы и пятна, грибок, отслаиваются отделочные покрытия, и все это неизменно ведет к дополнительным затратам на косметический ремонт. Чтобы этого не происходило нужно качественно и своевременно выполнять герметизацию вводов труб и коммуникаций.

Герметизация вводов труб

Герметизация вводов труб может производиться на различных стадиях, в том числе:

  • Герметизация вводов труб на стадии строительства. Для этого могут применяться различные гидропрокладки, гидрошпонки и гидрошнуры. Технология герметизации вводов труб таким способом выполняется в следующей последовательности: перед заливкой бетоном на трубу монтируется (встык, без разрывов или нахлеста) кольцо (или два кольца) из гидрофильной резины. Кольцо притягивается к трубе или приклеивается с помощью набухающего герметика.
  • Герметизация вводов труб на стадии монтажа и ремонта. Тут есть несколько вариантов гидроизоляции стыков в зависимости от материала, из которого построена заглубленная часть здания. Если это блоки ФБС, то герметизацию вводов труб проводят таким образом, чтобы кольцо гидрошнура оказалось посередине толщины стены. Если это кирпичная кладка, то возможен вариант герметизации вводов труб путем заполнения отверстия в стене цементным раствором. Вне зависимости от конструкции стены возможно выполнение гидроизоляции вводов инъекционным методом.

Одной из основных частей тепловой сети, которая состоит из ответвления и теплового пункта, является тепловой ввод. Его задача состоит в соединении магистрали тепловой сети с конечными потребителями тепловой энергии. Тепловой ввод является сложным технологическим узлом. Оснащается он различными специальными приборами учета потребления, а также приборами для регулировки подачи теплоносителя на тепловой пункт. Именно поэтому часто тепловые вводы зданий и иных пунктов потребления тепловой энергии и горячего водоснабжения называют еще абонентскими. Кроме того, в состав теплового ввода входит фильтры для сбора грязи, насосные установки, прочие другие специализированные контрольно-измерительные приборы и автоматика. Обслуживаются тепловые вводы только квалифицированными специалистами, имеющими допуск для проведения работ с тепловой сетью.

Типичным расположением вводов и наиболее логичным считается в подвале здания, потребляющего теплоэнергию. Нередко также применяют расположение тепловых вводов в отдельных постройках, отведенных специально под тепловые вводы, теплосеть одинаково работает в обоих случаях.

Наиболее удобной, экономически выгодной является применяемая на практике схема теплоснабжения построек, при которой ввод тепла и нагрев воды для отопления и ГВС располагается в централизованном тепловом пункте, или, сокращенно, ЦТП. С помощью одного такого пункта можно обеспечить теплом несколько десятков домов, то есть небольшой микрорайон в городе или небольшой загородный поселок.

Использование ЦТП подразумевает реализацию одной из двух схем теплового ввода в дома. По одной из схем, перегретая вода, поступающая по теплосети, смешивается с водой, поступающей из обратной магистрали. Смешивание происходит в элеваторе. Он представляет собой стальной корпус с соплом, из которого перегретая вода вытекает с большой скоростью, подсасывая обратную воду. Количество поступающей горячей и обратнойводы регулируется так, чтобы смешанная вода имела температуру, соответствующую норме.

Грамотно выполненные тепловые вводы, теплосеть в целом, включая все ее отдельные элементы, могут прослужить продолжительное время без аварийных ситуаций. Также соблюдение правил эксплуатации теплосети может дать ощутимую экономию тепловой энергии, сократить соответствующие расходы, предотвратить аварии, так часто имеющие место в последние годы. Компания «ЭнергоСил» выполняет по заказам все виды как проектных работ по теплосетям, так и по работ по строительству теплосетей и дальнейшему их обслуживанию, в том числе квалифицированному обслуживанию тепловых вводов, теплосетей жилищного комплекса. Проекты тепловых вводов компанией выполняются в полном соответствии требованиям РД 34.09.102, ГОСТам 21.408-93, 21.101-97, СНиП 41-02-2003 и СП41.101-95.

С развитием науки и технологий, а также с появлением экономических возможностей поднимается уровень и увеличивается количество требований человека к комфортности. Современные стандарты жизни требуют от жилых домов создания весьма комфортных условий для проживания. Отсутствие у жилья некоторых свойств вызывает различные заболевания и стрессы, а полноценная среда обитания является непременным условием физического и психического состояния человека.

Актуальность проблемы

Помимо тепло-, водо-, электроснабжения современный жилой дом необходимо обеспечить и другими опциями, необходимыми для комфортного проживания, например, провести телекоммуникационные и другие сети. Для этого, как правило, в подземной части здания предусматривают технологические отверстия для ввода инженерных коммуникаций. Технология организации технических отверстий довольно проста. В опалубке нужно сделать временные заглушки, которые демонтируются после затвердевания бетонной смеси. Однако данная технология имеет один существенный недостаток - через эти отверстия помимо коммуникаций достаточно просто проходит вода, которая подтапливает подвальное помещение, поэтому гидроизоляции мест ввода инженерных коммуникаций следует уделять особое внимание.

При обнаружении течей в местах ввода инженерных коммуникаций их следует предварительно устранить с использованием смесей «Пенеплаг» (или «Ватерплаг»). Следует помнить, что гидроизоляция ввода коммуникаций быстротвердеющими сухими смесями для остановки течей носит временный характер. Долговременную гидроизоляцию данного узла необходимо выполнять в соответствии с одним из вариантов, рассмотренных ниже.

Технология выполнения работ

Вариант № 1
Примыкание металлической гильзы к бетону изолируется с помощью смесей «Пенекрит», «Пенетрон» и гидроизоляционного жгута «Пенебар».

1. Подготовка штрабы


Обезжирить гильзу и плотно обмотать ее жгутом «Пенебар» в соответствии с рисунком 1.

3. Заполнение штрабы (пространства между гильзой и бетоном)
Штрабу вокруг гильзы плотно заполнить растворной смесью «Пенекрит», предварительно увлажнив поверхность бетона и загрунтовав ее растворной смесью «Пенетрон» в один слой.

Вариант №2
Примыкание пластиковой гильзы к бетону изолируется однокомпонентным полиуретановым клеем «ПенеПокси» и смесями «Пенекрит», «Пенетрон».

Последовательность выполнения работ:
1. Подготовка штрабы
Вокруг гильзы выполнить штрабу в бетоне глубиной не менее 75 мм и шириной 25 мм. Очистить трубу от пыли, грязи, краски и других материалов, препятствующих плотному сцеплению клея с трубой.

2. Заполнение штрабы (пространства между гильзой и бетоном)
Пространство между гильзой и бетоном плотно без разрывов заполнить клеем «ПенеПокси» в соответствии с рисунком 2. По возможности необходимо просушить бетон перед нанесением клея.

Оставшееся пространство вокруг гильзы плотно заполнить растворной смесью «Пенекрит», предварительно увлажнив поверхность бетона и загрунтовав ее растворной смесью «Пенетрон» в один слой.
Раствор «Пенекрит» и прилегающие бетонные поверхности обработать растворной смесью «Пенетрон» в два слоя.

3. Уход за обработанной поверхностью
Обработанную поверхность следует защищать от механических воздействий и отрицательных температур в течение трех суток. Следить за тем, чтобы обработанная поверхность в течение этого времени оставалась влажной. Используются следующие способы увлажнения: водное распыление, укрытие бетонной поверхности полиэтиленовой пленкой.

Вариант №3
Примыкание пластиковой или металлической гильзы к бетону изолируется с помощью двухкомпонентного эпоксидного клея «ПенеПокси 2К» и гидроизоляционного жгута «Пенебар».

Последовательность выполнения работ:
1. Подготовка штрабы
Вокруг гильзы выполнить штрабу в бетоне глубиной не менее 75 мм и шириной 25 мм. Очистить трубу и бетон от остатков штрабления.

2. Установка гидроизоляционного жгута «Пенебар»
Обезжирить гильзу и плотно обмотать ее жгутом «Пенебар» в соответствии с рисунком 3.

3. Заполнение штрабы (пространства между трубой и бетоном)
Пространство между гильзой и бетоном плотно без разрывов заполнить клеем «ПенеПокси 2К» с помощью шпателя в соответствии с рисунком 3.

Важно!!! Клей «ПенеПокси 2К» наносится только на сухую поверхность.

4. Уход за обработанной поверхностью
Следить за тем, чтобы в течение суток клей не подвергался воздействию влаги.

Отличный прочный фундамент, добротные стены и качественная кровля будут всего лишь коробкой не пригодной для жилья, если в доме невозможно принять ванну, приготовить еду, посмотреть телевизор или подключить компьютер. Для того, что бы сделать дом полноценным и удобным жильем, необходимо выполнить подвод инженерных коммуникаций, которые обеспечат его всем необходимым. А для того, что бы проходы коммуникаций не стали причиной сырости и разрушения основания дома, необходима их качественная герметизация.

Места проходов труб канализации, водоснабжения, газа и кабелей напряжения во все времена были самым уязвимым местом во всей системе гидроизоляции. Поэтому сегодня герметизация коммуникаций выделяется в отдельный этап работы, которому уделяется повышенное внимание. Небрежно заизолированные места стыков труб и стен сводят на нет всю проведенную ранее работу по строительству и гидроизоляции фундамента, подвала, цоколя, и стен самого здания. Так как именно эти стыки попадают под разрушительное влияние в первую очередь. А так же от них в первую очередь возникают нежелательные протечки, проникновение сырости в жилые комнаты, и рост плесени и грибков, разрушающих несущие конструкции строения.

Гидроизоляция мест прохода инженерных коммуникаций

Гидроизоляция мест, где будут в дальнейшем проведены коммуникационные системы, является важной и необходимой составляющей строительства здания любого назначения, будь то жилой дом, офис или техническое помещение. Поэтому все работы, выполняемые при прокладке вводов коммуникационных линий должны выполняться в соответствии со всеми техническими требованиями, а качеству гидроизоляции мест входа в стены строения уделено самое тщательное внимание.

Современный строительный рынок располагает широким спектром материалов, с помощью которых можно провести качественную и долговечную герметизация мест выхода коммуникаций . Это монтажные пены, шнуры, изготовленные из композиционных полимерных материалов, и другие герметики, производимые на высококачественной основе, обладающих отличной адгезией и прекрасной эластичностью. Благодаря своим качествам все материалы, при условии правильного подбора и грамотного применения могут обеспечить идеальную герметичность всех стыков различных структур, одновременно способствуя предохранению несущих конструкций от разрушения, и значительно продлевая их срок бесперебойной эксплуатации.

Места соединения разнородных материалов требуют тщательной гидроизоляции. Герметизация мест ввода закладных стальных гильз в стену здания производится инъектированием эластичных полиуретановых смол. Полиуретановые смолы при контакте с водой увеличиваются в объеме и образуют плотную эластичную вспененную структуру.

Гидроизоляция вводов коммуникаций инъектированием эластичных полиуретановых смол

Важным преимуществом большинства герметиков является их экологически безопасная основа, позволяющая проводить гидроизоляцию как снаружи, так и внутри здания. А так же отличительным моментом является удобная упаковка с набором специальных насадок, которые облегчают доступ к самым труднодоступным местам стыков.

Гидроизоляция вводов коммуникационных систем

Из всех моментов гидроизоляции проходов коммуникаций самым сложным и кропотливым является изоляция вводов. Чаще всего проблемы на этом участке возникают по причине использования традиционных способов с применением цементных и битумных мастик. Значительным недостатком этих материалов является невозможность учета разности расширения разнородных веществ, таких как пластик, металл и цемент, а так же низкая сопротивляемость значительному наружному давлению воды.

Применяемые много десятилетий технологии, могут препятствовать некоторое время проникновению воды и влаги в том случае, если уровень грунтовых и паводковых вод достаточно низкий, и русла проходят в стороне от фундамента. Если же узел герметизации из устаревших материалов располагается в заглубленных конструкциях из бетона, кирпича или железобетона, очень быстро течь образуется именно на этом месте. Объяснение такому явлению простое до банальности, материал для современных труб и гильз абсолютно не имеет адгезии к бетону или другим материалам несущей конструкции, и на месте их стыков обязательно неизбежно остаются холодные рабочие швы.

Сегодня изготовители гидроизоляционных материалов выпускают универсальные средства, способные сделать прочным и долговечным любой холодный шов, независимо от того из какого сырья выполнены сами трубы, гильзы, гофры. Будь то пластик, нержавейка или другой металл ввод прохода коммуникаций будет герметичным и водонепроницаемым. Это герметики, созданные на основе полиуретанового вещества.

С помощью этих материалов имеется возможность проводить гидроизоляцию входов коммуникаций на любом этапе строительства. Они представляют собой гибкий жгут, который при непосредственном контакте с водой разбухает, и заполняет собой все имеющееся свободное пространство.

Гидроизоляция проходов трубопровода

Гидроизоляция трубопровода имеет свои особенности и трудности. При выполнении таких работ необходимо учитывать не только сильное давление воды извне, но и ответное давление внутренних жидкостей, а так же постоянную разницу температур. Обычные герметики не смогут долго выдерживать такую значительную нагрузку. Поэтому для входов, проходов и вводов трубопровода используют принцип трехкомпонентной гидропломбы.

Такая гидропломба состоит из безусадочных бетонных смесей и полиуретанового состава. Особенно эффективно применение подобной конструкции в зданиях, где предполагается значительное усыхание и подвижка конструкции. В качестве полиуретанового наполнителя применяют:

  • «Аквидур ТС-Б»,
  • «Аквидур ЭС»,
  • «Аквидур ТС-Н».

Гидроизоляция технологических проемов и монтажных отверстий

Неизбежно после удаления щитов опалубки, стяжек и связей остаются технологические проемы и монтажные отверстия, герметизация которых является обязательным этапом гидроизоляции.

Оптимальным вариантом заполнить эти щели, и не позволить сквозь них просочиться влаге или воде, это использовать быстротвердеющую сухую гидроизоляционную смесь «Ремстрим» или «Стрим-смесь». Состав смеси специально предусмотрен для использования при изоляции конструкций, которые будут подвергаться внешнему и внутреннему давлению воды, прямому и обратному воздействию температур.

Состав удобен в применении, создает прочный слой, надежно связывающий края стыков, трещин и холодных швов. А использование этого средства совместно с инъектированием эластичных полиуретановых смол позволяет легко и качественно избавляться от трещин и пор значительных размеров, при этом сохраняя эластичность стыка. Пластичность этих герметиков делает несущую конструкцию неприступной перед самым достаточно сильным давлением воды.

Стоимость герметизации проходов инженерных коммуникаций

Стоимость гидроизоляции проходов инженерных коммуникаций и срок выполнения работ в каждом случае определяются индивидуально – они зависят от объёма и сложности. Наши специалисты с радостью приедут к Вам на объект в удобное для Вас время для оценки сложившейся ситуации. Выберут самый оптимальный вариант герметизации технологических проемов и посоветуют те или иные материалы для гидроизоляции, составят смету. Мы всегда рады Вам помочь!

Акт уплотнения и герметизация вводов выпусков

Бланк акта на герметизацию ввода в здание. Герметизация вводов коммуникаций — нгб инжиниринг

1. Герметизация вводов инженерных коммуникаций при новом строительстве

Герметизация ввода теплосети в здание в районах с повышенной сейсмичностью

Герметизация смонтированных вводов с помощью гермовтулок

2. Герметизация вводов коммуникаций при реконструкции зданий и сооружений

Герметизация ввода труб в здание в условиях постоянного водопритока

Герметизация ввода кабеля в условиях постоянного водопритока.

Форма акта герметизации инженерных коммуникаций Акт. . . Форма кс2 скачать Образец. . .

Скачать образец акта герметизации вводов инженерных коммуникаций — Скачать образец акта герметизации инженер

Акт на герметичность технологических отверстий

____________________________________ «____» ____________ 200 _ г.

(эксплуатирующая организация, филиал, объект)

АКТ НА ГЕРМЕТИЗАЦИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ

ответственный за проведение огневых работ ___________________________________

(Ф.И.О., должность, организация)

неразрушающего контроля (___) уровня ______________________________________

(Ф.И.О., должность, организация)

а также сварочно-монтажная бригада в составе:

электросварщик-резчик (бригадир) ___________________________________________

(Ф.И.О., должность, организация)

(Ф.И.О., разряд, организация, № клейма)

составили настоящий акт о том, что на пикете _____ км газопровода _______________

произведена герметизация технологических отверстий путем _____________________

(вварка заплаты, приварка патрубка)

Заплата (патрубок) изготовлена из трубы марки ________________________________

Вварка заплаты (патрубка) произведена электродами ____________________________

Сварное соединение проконтролировано ______________________________________

методом контроля и признано годным.

Приложение: Схема расположения заплаты, патрубка.

Ответственный за проведение огневых работ

Специалист неразрушающего контроля (___) уровня

Акт на герметичность технологических отверстий

____________________________________ «____» ____________ 200 _ г.

(эксплуатирующая организация, филиал, объект)

АКТ НА ГЕРМЕТИЗАЦИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОТВЕРСТИЙ

ответственный за проведение огневых работ ___________________________________

(Ф.И.О., должность, организация)

неразрушающего контроля (___) уровня ______________________________________

(Ф.И.О., должность, организация)

а также сварочно-монтажная бригада в составе:

электросварщик-резчик (бригадир) ___________________________________________

(Ф.И.О., должность, организация)

(Ф.И.О., разряд, организация, № клейма)

составили настоящий акт о том, что на пикете _____ км газопровода _______________

произведена герметизация технологических отверстий путем _____________________

(вварка заплаты, приварка патрубка)

Заплата (патрубок) изготовлена из трубы марки ________________________________

Вварка заплаты (патрубка) произведена электродами ____________________________

Сварное соединение проконтролировано ______________________________________

методом контроля и признано годным.

Приложение: Схема расположения заплаты, патрубка.

Ответственный за проведение огневых работ

Специалист неразрушающего контроля (___) уровня

Формы актов для исполнительной документации

Формы актов (бланки) для ведения исполнительной документации в строительстве

Отопление, вентиляция и кондиционирование (ОВ)
Водопровод и канализация (ВК)
Наружные сети водоснабжения и канализации (НВК)
Газоснабжение. Внутренние устройства

Акт о проведении пусконаладочных работ ГРПШ скачать формат doc

Наружные газопроводы

Акт о проведении пусконаладочных работ ГРПШ скачать формат doc

Тепломеханические решения котельных

Акт готовности фундамента (опорных конструкций) под монтаж скачать формат doc

Акт проверки установки оборудования на фундамент скачать формат doc

Акт внутреннего и наружного осмотра котла до монтажа скачать формат doc

Акт гидравлического испытания водогрейных котлов скачать формат doc

Герметизация ввода инженерных коммуникаций в Уфе и по РБ

Главной задачей герметизации ввода труб в здание является защита подвала от поступления внутрь влаги и других внешних факторов. Блокируются возможные протечки, выполняется инфильтрация вод из прилегающих земельных масс. Устанавливается защита помещения от дождя, снега и холодного воздуха.

Назначение

Отверстия в перекрытиях, стенах, для ввода кабелей, трубопроводов и др. — могут сильно нарушать стандарты и нормы тепло- и гидрозащиты построек. Регулярно попадающая через микропросветы влага станет причиной порчи отделки и тепловой изоляции помещения. Будут разрушаться стены, появляться ржавчина на технологичных деталях, образовываться плесень и грибок.

Таким образом, герметизация в здание имеет важное место в создании надежных ограждающих систем построек. Работы требуют правильной установки компонентов, использования современных технологий и качественных материалов, соответствующих требованиям ПУЭ и СНиПов.

Особенности гидроизоляции ввода

Гидроизоляция вводов коммуникаций представляет собой инъектирование по периметру. Для гидроизоляции используются специальные инъекционные материалы, цементные смеси для закупорки микропор или смолы из полиуретана с пониженной вязкостью. В роли состава для запечатывания используется тиксотропный герметичный состав.

Во время проведения ввода теплосети в здание применяются современные инъекционные насосные установки с высоким показателем давления и разжимные инъекционные пакеры из пластика или металла.

Перед тем как начать выполнять гидроизоляцию должен быть обеспечен свободный доступ к месту проведения работ и стабильная подача электрической энергии.

Заказать герметизацию ввода инженерных коммуникаций

Сегодня герметизация ввода инженерных коммуникаций в здание доступна каждому. Чтобы заказать наши услуги, достаточно связаться с представителями компании «ПромИнженерМонтаж» любым удобным методом:

  • по телефону;
  • через электронную почту;
  • написав в форму на сайте.

Опытные специалисты выйдут на связь в ближайшее время, помогут оформить заявку и вышлют опытных специалистов на указанный адрес в кратчайшие сроки.

Гидроизоляция вводов коммуникаций - Кристаллизол в СПБ


Update: Другой вариант решения

При новом строительстве или полной реконструкции трубопроводов, когда есть полный доступ снаружи к узлу прохода, возможно применение альтернативного решения для труб большого диаметра. В этом случае гильза заливается бетоном с одним оборотом бентонитового шнура тип Люкс по центру толщины стены с перехлестом ~50 мм. в верхней точке гильзы. При установке необходимо соблюсти соосность и центровку гильзы по отношению к трубопроводу. При заливке проёма в стене снаружи гильзы безусадочным бетоном водонепроницаемостью не менее W10 соединение гильзы и стены расшивать штробой дополнительно не нужно.

Далее снаружи (со стороны грунта) узла прохода после установки и фиксации трубопровода заполнить пространство между трубой и гильзой любым инертным заполнителем (шнур ППЭ, монтажная пена и т.п.), покрыть материалом Кристаллизол Эласт по сухому основанию толщиной не менее 4 мм. с заходом на стену, гильзу и трубу на 300 мм.

С внутренней стороны гидроизоляция между гильзой и трубой/кабелем выполняется аналогично описанному выше: ограничитель объема из ППЭ, гидрофильная резина тип Люкс, Кристаллизол Шовный, Кристаллизол Эласт/ ПУ герметик.


Альтернативное решение гидроизоляции ввода труб большого диаметра

II. Ремонт вводов коммуникаций

Гидроизоляционный ремонт вводов инженерных коммуникаций обычно требуется при наличии активных протечек. Применение большинства гидроизоляционных материалов требует остановки поступления воды. Для проникающих составов на цементной основе это обусловлено продленными сроками твердения - в течение трех суток материал не должен высохнуть, чтобы обеспечить рост кристаллов в порах бетона. В это время поступление воды нежелательно, она будет вымывать раствор. Полимерные гидроизоляционные материалы в большинстве требуют сухого основания, т.к. работают на адгезии к сухому основанию.

Поскольку узлы ввода коммуникаций всегда сохраняют определенную степень подвижности и температурных деформаций, в тех.решении должно быть предусмотрено применение эластичных материалов. Поэтому остановка активных течей (любого поступление внешней влаги) и осушение зоны контакта материалов обязательно.

В простом случае активные протечки после расшивки полости укупориваются быстротвердеющим составом Кристаллизол Гидропломба. Далее работы проводятся по описанной выше технологии.

Однако реальные условия проведения работ зачастую не позволяют получить удобный доступ в рабочую зону. Задача усугубляется сложным профилем изолируемых элементов, работой в труднодоступных местах, давлением в рабочих трубопроводах, поступлением воды через объемные или глубокие полости в монолитной конструкции. В сложных случаях применяются гидроактивные (реагирующие с водой) полимерные материалы, например - расширяющиеся полиуретановые смолы и акрилатные гели. Они нагнетаются под высоким давлением в зону протечки специальным оборудованием по технологии инъектирования.

Также могут применяться иные современные гидроактивные полимеры, предназначенные для узлов ввода. Однако следует помнить, что все применяемые технологии и материалы должны позволять последующий демонтаж, т.к. инженерные коммуникации могут потребовать ревизии или замены.

Таким образом, гидроизоляционный ремонт мест ввода трубопроводов и кабелей - часто нетривиальная задача, требующая сочетания различных материалов и технологий, которую лучше доверить профессиональным подрядчикам.


* * *


Update: Решение для вводов с герметизирующей пастой GX B

Будущая совместимость централизованного теплоснабжения в городских районах - анализ практического примера в контексте комплексного пространственного и энергетического планирования | Энергия, устойчивость и общество

На основе анализа CS обсуждение следует за обсуждением основных влияющих факторов и решающих параметров сетей DHN. После этого обсуждаются будущие разработки и влияние на долгосрочную применимость централизованного теплоснабжения. Прежде чем отражать EDHk и его актуальность для ISEP, необходимо отразить возможное использование ресурсов заброшенных сетей DHN.

Факторы влияния и решающие параметры на пригодность сетей DHN

Анализ CS показывает неоднородные окончательные оценки в разделе ISEP. Решающие параметры, оказывающие сильное влияние на окончательные рейтинги по всем разделам, в основном связаны с пространственными структурами. Как подчеркивается в разделе «Оптимизация и повышение пригодности населенных пунктов для централизованного теплоснабжения», усилия по выявлению дополнительных потребителей тепла, содействию уплотнению и увеличению степени соединенных зданий тесно связаны с пространственным планированием.Кроме того, плотность подключения и доступность источников энергии сильно зависят от пространственных аспектов. Можно резюмировать, что большинство решающих параметров можно проследить до пространственных аспектов, и поэтому раздел ISEP также является наиболее влиятельным в EDHk. Ниже приводится обсуждение решающих параметров, касающихся потенциальных потребителей тепла, рентабельных сетей ЦТС и ВИЭ.

Степень связи особенно важна для существующих населенных пунктов.Это доля потенциальных потребителей тепла, подключенных к ЦТС. Если доля высока, может быть достигнута лучшая эффективность DHN. Низкая степень подключения может отрицательно сказаться на всей сети DHN. Например, Nilsson et al. [26] предполагают минимальную скорость подключения 70% для населенных пунктов, состоящих из частных домов. В других исследованиях обычно предполагается, что степень связи составляет 100% (см. Persson and Werner [9]). Примечательно, что в новых городских застройках степень связности зданий высокая, тогда как в существующих поселках она низкая.Из восьми проанализированных КС в пяти были включены только новые районы развития, в то время как три КС содержали как существующие, так и вновь запланированные поселения. Как правило, новые области развития CS-анализа имеют высокую степень взаимосвязи. Тем не менее, общая плотность потребности в тепле в анализируемых населенных пунктах рассчитана как сравнительно низкая по сравнению с существующими поселениями при условии высокой степени подключения, соответственно. Это можно объяснить довольно низкой потребностью в тепле на квадратный метр из-за новых строительных норм.

В анализируемых КС наиболее решающим параметром в разделе стоимости является плотность подключения. Этот параметр просто выражается в ГВт-ч / кмa или ГДж / м на длину сетки. Представленные результаты совпадают с результатами Рейдхава и Вернера [27], в которых предлагается минимальная плотность 2 ГДж / м², чтобы сеть DHN была экономически целесообразной. В заключение, анализ CS показывает устойчивые положительные оценки затрат по всем оцененным подобластям. Предположительно, операторы централизованного теплоснабжения стремятся максимально снизить расходы.Представленные результаты подтверждают данное предположение, так как в семи из восьми КЦ был получен наивысший рейтинг.

В связи с национальным контекстом Австрии, оцененные CS также получили сравнительно хорошие оценки в разделе, посвященном окружающей среде и климату. Решающим фактором рейтингов является высокая степень использования возобновляемых источников энергии для питания сетей DHN. Напротив, только 5% от общего объема централизованного теплоснабжения во всем мире приходится на возобновляемые источники энергии [28]. Исходя из этого, предполагается, что окончательная оценка окружающей среды и климата в EDHk сильно зависит от национального контекста и может дать совершенно другие результаты в других странах.

Будущее развитие и влияние на долгосрочную применимость ЦТС

Представленные результаты также включают расчет сценария до 2050 года. В сценарии изменения климата применяется постепенное сокращение градусо-дней отопления. Наш анализ показывает лишь незначительное влияние на конечные результаты. Однако в научном сообществе широко обсуждается будущее развитие спроса на отопление и охлаждение, а также роль изменения климата [29,30,31,32,33]. Неопределенности и будущее развитие в отношении долгосрочного спроса на тепловую энергию являются жизненно важными аспектами при планировании централизованного теплоснабжения.В связи с изменением климата некоторые из назначенных исследований выдвигают гипотезу о том, что снижение потребности в отоплении может быть компенсировано увеличением потребности в охлаждении. Однако не каждая сеть обеспечивает технические параметры для комбинированного отопления и охлаждения.

Тем не менее, после расчета сценария реконструкции здания было обнаружено несколько более сильное воздействие на долгосрочную применимость сетей DHN. В этом сценарии учтена доля отремонтированных зданий до 2050 года. Тем не менее, только несколько подобластей были нестабильными для этих сценарных приложений.Недавно Andrić et al. [34] оценили влияние глобального потепления и реконструкции зданий на технико-экономические параметры систем централизованного теплоснабжения. По их анализу, каждое десятилетие весь строительный фонд отбирался для реновации. После первого года ремонта наблюдалось значительное воздействие на ЦТС. Однако, если предположить, что в Австрии планируемый уровень ремонта составит всего 2% [35], а в других европейских странах [36] он будет сравнительно низким, то в будущем спрос на тепло будет снижаться только постепенно.Наибольшая доля по-прежнему будет приходиться на здания с низкими стандартами теплоизоляции. Можно сделать вывод, что согласно нашим расчетам, даже комбинация двух сценариев до 2050 года не может существенно повлиять на окончательные результаты.

Еще одним важным параметром для долгосрочной пригодности сетей DHN является применяемый уровень температуры. Температурные уровни в КС были довольно низкими, начиная с 35 ° C, никогда не превышая 80 ° C. По предположению Lund et al. [6], снижение уровня температуры централизованного теплоснабжения является разумной стратегией, гарантирующей долгосрочную пригодность сетей.Низкая температура подачи также увеличивает эффективность производства тепла, что впоследствии приводит к снижению давления окружающей среды [37]. Дополнительным преимуществом низкой температуры является снижение потерь тепла в сетях.

Использование ресурсов сетей DHN

Важной частью исследовательского проекта Eco.District.Heat было поставить под сомнение целесообразность демонтажа старых сетей DHN. Первоначально был поднят вопрос, было ли количество материала, используемого для DHN, было достаточным даже для рассмотрения вопроса о демонтаже.Удивительно большое количество материалов используется для строительства сетей DHN. Основным компонентом сетей являются камни, гравий и песок, за которыми следуют строительные материалы на цементной основе. Состав материала важен для оценки полезности демонтажа. Следующие выводы из исследовательского проекта EDH можно сделать. Предполагается, что демонтаж и повторное использование материалов осуществляется только в том случае, если планируется новая сеть или реконструируются другие сети снабжения. Поскольку герметичные поверхности (ГТС в городских районах, в основном, расположенные вдоль улиц) должны быть снесены, старые сети электроснабжения, скорее всего, останутся под землей.Преимущество состоит в том, чтобы повторно активировать старые сети, предполагая, что они все еще целы и полностью функциональны. Кроме того, необходимо учитывать использованную энергию для процесса демонтажа, которая, следовательно, зависит от сети и размера соответствующей траншеи. Помимо этого, становится очевидной необходимость использования синергетического эффекта для параллельной прокладки нескольких сетей электроснабжения в одной траншее. Утверждается, что это проще для проектов, которые в настоящее время находятся на стадии планирования, когда ресурсы могут быть объединены и одновременно построена инфраструктура.Для существующих конструкций это более сложная задача. После открытия траншеи можно будет обновить дополнительную инфраструктуру снабжения, что снизит общее воздействие на окружающую среду из-за земляных работ. В этом случае энергия, использованная для строительных работ, может быть разделена и передана другим сетям электроснабжения, таким как электричество или вода.

Сильные и слабые стороны комплекта Eco.District.Heat и его актуальность для комплексного пространственного и энергетического планирования

Комплексный подход EDHk имеет существенное значение для первоначальной оценки населенных пунктов с точки зрения пригодности для сетей DHN.На стратегическом уровне он помогает лицам, принимающим решения, ответить на вопрос, следует ли рассматривать создание сети DHN в определенных городских районах. Другими словами, можно определить возможные местоположения или структуры поселений с точки зрения их пригодности для внедрения сетей DHN. Это означает, что одни и те же сетевые конфигурации могут использоваться и проверяться для разных местоположений, чтобы определить наиболее подходящее местоположение. Если нет возможности изменить местоположение, EDHk позволяет лицам, принимающим решения, улучшить применимость сетей DHN в том же месте.Конечно, возможно сочетание обоих подходов. Помимо небольшого количества времени, необходимого для применения методологии, расчеты встроенного сценария - еще одна изюминка набора, позволяющая пользователям проводить стратегическую и долгосрочную оценку. После первой оценки, проведенной с помощью EDHk, необходимо принять решение о необходимости проведения подробного анализа и детального планирования сети DHN.

Таким образом, детальная оценка сетей DHN не может быть проведена с помощью этого набора. Критическим аспектом методологии является зависимость от определенных границ классов.В EDHk доступно максимум четыре класса в каждой матрице, поэтому возможно, что рейтинг находится на верхнем или нижнем крае рейтингового класса. В частности, в результате незначительных изменений параметра рейтинг может упасть или повыситься. Из-за изолированного характера определенных КС оценка более крупных исследовательских центров дала разные результаты. Например, если к сети подключен один городской квартал, соседние кварталы также могут быть подключены, что повысит надежность энергосистемы.В этом смысле следует подчеркнуть эффект эффекта масштаба, который позволяет операторам снизить цены и снизить издержки за счет крупных сетей DHN. Кроме того, исследуемые КС в основном состоят из новых поселений, что может быть причиной того, что рейтинги не указывают на значительную волатильность для будущих сценариев. К сожалению, невозможно провести достоверную оценку в разделе ресурсов EDHk. Об этом можно судить по рассчитанным абсолютным значениям для использования материалов, из которых сложно построить классы.Фактически, оценка, основанная на использованных материалах, всегда будет отрицательной, поскольку любое дополнительное строительство отрицательно повлияет на положительную оценку. Таким образом, отсутствие рейтинга в разделе ресурсов будет жизненно важной проблемой для будущих исследований. Кроме того, в модели следует поставить под сомнение расхождение значений от 5% до более чем 30% использования ресурсов для сетей DHN по сравнению с использованием ресурсов для зданий. Здесь необходима дополнительная проверка, чтобы повысить уверенность в том, что это значительное количество использованных материалов может быть отнесено к DHN.Наконец, следует отметить, что качество данных об исследуемых КС было разным. Из-за конфиденциальности некоторых данных некоторые наборы данных имели более высокую точность, чем другие. И последнее, но самое важное: из-за множества различных типов городских тканей невозможно было включить все типы в оценки.

Что касается ISEP, Stoeglehner et al. [12, 38] разработали основные области действия, для которых можно использовать EDHk. Что касается этих областей, комплект может помочь лицам, принимающим решения, определить энергоэффективные пространственные структуры, точнее многофункциональные и плотные, и в целом отразить структуры целых поселений, в том числе с точки зрения сочетания функций и развития в поселении. границы.Кроме того, набор вдохновляет пользователей задавать вопросы об используемых энергетических ресурсах, являются ли они ископаемыми или возобновляемыми. Таким образом, региональные или потенциальные децентрализованные ресурсы могут быть обнаружены и использованы. Например, могут быть идентифицированы ранее неиспользованные источники тепла, такие как избыточная тепловая энергия очистных сооружений [39,40,41]. В этом смысле EDHk можно использовать в качестве инструмента в начале процессов планирования. Еще одним преимуществом этого набора является его способность определять приоритетные области для централизованного теплоснабжения, а также области расширения сети (см. Stoeglehner et al.[12]). Что касается пространственного масштаба, комплект может быть использован на муниципальном или поселковом уровне. В конце концов, процесс подачи заявки, а также результаты рейтинга EDHk могут повысить осведомленность и инициировать процессы обучения для лиц, принимающих решения. Кроме того, методология способна привлечь внимание пользователей к получению всестороннего взгляда на довольно сложную тему планирования централизованного теплоснабжения. В дополнение к этому пользователи также получают знания о последствиях потенциальных приложений централизованного теплоснабжения.Дальнейшая ценность видится в стратегическом характере EDHk. Поскольку комплект следует использовать до детального планирования, приложение может сэкономить будущие надвигающиеся затраты на детальное планирование ЦО. Наконец, набор также поддерживает выявление пространственных недостатков, особенно в представленном контексте ISEP. Например, пользователи могут определять населенные пункты с низкой плотностью застройки или оценивать будущие сценарии и их влияние на пространственные параметры.

Парафин в качестве самоуплотняющегося изоляционного материала сезонных систем хранения явного тепла - лабораторное исследование

Abstract

Сезонное накопление тепла считается одним из ключевых элементов на пути к экономике с низким уровнем выбросов.Встроенные в местные сети централизованного теплоснабжения, они увеличивают долю возобновляемых источников энергии и уравновешивают сильно колеблющиеся поставки, например, солнечные системы или ветряные мельницы. Технологию сезонного накопления тепла можно охарактеризовать как практически зрелую с технической точки зрения, с хорошо отработанными концепциями и некоторыми системами, находящимися в эксплуатации в течение значительного времени. Тем не менее, накопленный на сегодняшний день опыт эксплуатации также выявил две критические проблемы. С одной стороны, даже малейшие течи в уплотнительной фольге приводили к непоправимым поломкам.С другой стороны, потеря тепла в маргинальных областях была выявлена ​​как ключевой недостаток, препятствующий продвижению технологии к глобальному сбыту. В этом исследовании представлен экспериментальный подход к решению этих двух ключевых проблем в области сезонного хранения энергии. Были проведены два небольших лабораторных испытания для проверки парафинового воска как совершенно нового компонента в пограничной зоне сезонных складов. Это основано на двух свойствах материала: будучи гидрофобной и подвижной средой, нагретый и расплавленный парафин должен активно закрывать трещины и отверстия в случае утечки.Кроме того, скрытые свойства парафинового воска по аккумулированию тепла должны увеличивать общую аккумулирующую способность системы и снижать боковые тепловые потери за счет его низкой теплопроводности. При периодах задержки от 2,5 до 4 часов результаты показывают эффективный эффект фазового перехода парафинового воска, который снижает потери энергии и позволяет смягчить краткосрочные, интенсивные процессы загрузки и разгрузки. За счет накопления энергии в парафине до 138 кДж / кг, емкость хранилищ ямы увеличена до 40.Ожидается 70 МВтч. Кроме того, могут быть успешно продемонстрированы свойства самовосстановления: парафиновый воск с небольшими потерями, составляющими от 1,5 до 17%, эффективно закрывает искусственно вырезанные утечки. Таким образом, механизм оказался наиболее эффективным при локальных дефектах. После этих положительных демонстраций осуществимости остаются вопросы технического проектирования, которые касаются предотвращения деформации парафинового воска. После решения этот новый компонент может открыть путь для дальнейшей оптимизации технологий сезонного хранения тепла.

Образец цитирования: Bott C, Dressel I, Bayer P (2020) Парафин в качестве самоуплотняющегося изоляционного материала сезонных систем хранения явного тепла - лабораторное исследование. PLoS ONE 15 (7): e0236056. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056

Редактор: Чунхо Ю, Техасский университет A&M, США

Поступило: 27 марта 2020 г .; Одобрена: 27 июня 2020 г .; Опубликовано: 29 июля 2020 г.

Авторские права: © 2020 Bott et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все соответствующие данные находятся в рукописи и ее файлах с вспомогательной информацией. Дополнительные лабораторные записи доступны в базе данных protocol.io (dx.doi.org/10.17504/protocols.io.bg8ejzte).

Финансирование: Настоящее исследование финансируется Фондом Volkswagen в рамках «Инициативного эксперимента!» по грантовому соглашению № 93847.Спонсор предоставил поддержку в виде заработной платы для ID автора, но не имел никакой дополнительной роли в дизайне исследования, сборе и анализе данных, решении о публикации или подготовке рукописи. Конкретные роли этих авторов сформулированы в разделе «Авторский вклад».

Конкурирующие интересы: Авторы заявили об отсутствии конкурирующих интересов. Коммерческая принадлежность ID, K + S AG, Кассель, не влияет на соблюдение всех политик PLOS ONE в отношении обмена данными и материалами.

1 Введение

Сезонное накопление тепла превратилось в многообещающую стратегию для хранения тепловой энергии от непостоянных источников в течение длительных периодов времени. Солнечная энергия, собранная летом, или любое имеющееся в данный момент избыточное тепло может храниться для питания сети централизованного теплоснабжения в течение зимнего сезона [1–3]. Широкое разнообразие доступных концепций охватывает латентные, химические и ощутимые варианты [4–7]. В то время как в накопителях скрытого тепла используются эффекты фазового перехода (например, воды / льда или углеводородов) [8–10], термохимические накопления основаны на обратимых эндо- и экзотермических реакциях, таких как гидратация солей [11, 12].Однако обе эти концепции часто неприменимы к крупномасштабным приложениям из-за высоких материальных затрат. Явное накопление тепла, напротив, предполагает использование изменений температуры [13–16]. В этом контексте большие сезонные системы хранения генерируются через скважинные поля (Скважинное хранилище тепловой энергии [17, 18]) или скважины в водоносных горизонтах (Хранение тепловой энергии в водоносном горизонте, например, [19–21]). Другой распространенный технологический вариант, который также является предметом настоящего исследования, - это хранение тепловой энергии в больших искусственных наземных бассейновых конструкциях.В них в качестве носителей используется вода или водонаполненный гравий объемом несколько тысяч кубометров [14, 22–24]. Стандартные решения по теплоизоляции отсутствуют, особенно для ямных хранилищ тепловой энергии (PTES) и водно-гравийных хранилищ тепловой энергии (WGTES). Однако долгосрочная эффективность аккумулирования тепла сильно зависит от грамотной и надежной техники, которая минимизирует боковые потери тепла из бассейна [2, 25]. Это означает, что носитель информации должен быть встроен в прочную водонепроницаемую оболочку с низкой теплопроводностью.Таким образом, эта оболочка обычно состоит из внутреннего непроницаемого герметизирующего слоя, то есть пластиковой пленки, изолирующей воду в резервуаре [23, 26–28]. Для теплоизоляции используются высокопористые и относительно дешевые материалы, такие как слои пеностекла или пеностеклянный гравий. Поскольку они не устойчивы к высоким структурным нагрузкам вышележащих носителей информации, большинство ранее построенных систем хранения изолированы только на верхней и боковых стенках [1, 29, 30].

Основным препятствием для достижения рыночной зрелости бассейнов сезонного хранения тепла является техническая уязвимость компонентов уплотнения и изоляции.Оценка многочисленных существующих объектов показывает, что есть две наиболее важные категории недостатков: 1) Эффективность / тепловые потери: во многих случаях были измерены более высокие потери энергии и более низкая эффективность системы, чем прогнозировалось ранее (например, [29, 31, 32]) . Причинами значительного снижения производительности были, среди прочего, попадание воды в теплоизоляцию и взаимодействие с грунтовыми водами, способствующее рассеиванию тепла [33–36]. В конечном итоге эти высокие потери энергии снижают эффективность хранилищ, вызывая вопросы об их общей экономической жизнеспособности [37–39].2) Утечки: значительное количество систем пострадало от утечек, что привело к непоправимым повреждениям, а иногда даже к полным отказам (например, [34]). Недостаточная долговременная стойкость материалов, используемых для уплотнения бассейнов, не может выдерживать сильно изменяющиеся термические условия и статическую нагрузку заполняющего материала. Усталость материала еще больше усиливается из-за контрастирования холодной окружающей среды и горячего заполнения хранилища во время интенсивных процессов зарядки и разрядки [28, 33]. Таким образом, поскольку в крупномасштабных резервуарах для хранения не требуется дорогостоящая изоляция, герметизирующие слои располагаются непосредственно на окружающей почве и подвергаются более высокому риску травм.Поразительно, что большинство проблем возникает в области перехода от носителей информации к окружающей среде.

Основываясь на этих ключевых вопросах, в данном исследовании изучается пригодность новой концепции мембран на основе парафина, которая может быть подходящей для одновременной изоляции и герметизации сезонных резервуаров для хранения тепла. Парафиновый воск - это смесь молекул углеводородов с различным числом атомов углерода. Длина С-цепей составляет от 20 до 60 для мягких и твердых парафиновых восков, и это контролирует как точки плавления, так и точки затвердевания используемого сыпучего материала.Например, при температуре затвердевания 42 ° C и температуре плавления 40 ° C молекулы имеют длину цепи около 21 атома углерода. Парафин с энтальпией плавления от 150 до 220 кДж / кг является одним из самых популярных материалов для хранения [7, 40–45]. Его теплопроводность относительно низка, со значениями от 0,15 Вт / м · К до 0,30 Вт / м · К примерно на порядок ниже, чем у водонасыщенного гравия (2,4 Вт / м · К в случае реализованной водно-гравийной термальной системы). Накопитель энергии описан в [38]) [46, 47].Кроме того, он гидрофобен и нетоксичен [48]. Эти благоприятные свойства поддерживают использование парафинового воска для боковой теплоизоляции и поглощения энергии, в то время как плавление парафинового воска потребляет энергию и, таким образом, удерживает ее в системе [43–45, 49]. Эффект рекуперации может быть использован, когда хранилище охлаждается и затвердевание парафинового воска дает возможность рекуперации тепла, накопленного при фазовом переходе. Традиционное использование парафинового воска в качестве теплоносителя уже использует эти эффекты в различных отношениях [50–53].В инкапсулированной форме или в виде композиционного материала с полимерами он использовался, например, для активации тепловых компонентов внутри зданий и для небольших аккумуляторов тепла [9, 54–56]. Однако, если парафиновый воск интегрирован напрямую и становится доступным в качестве подвижной среды в его жидком расплавленном состоянии, он может закупорить утечки в герметизирующих слоях систем хранения благодаря своим гидрофобным свойствам. При прямом контакте с холодной окружающей средой рядом с изоляционной мембраной он охладится и предотвратит потерю воды из бассейна.Целью данной работы является исследование этих ожидаемых самоуплотняющихся свойств парафинового воска с учетом условий сезонного хранения в небольших лабораторных экспериментах.

За счет интеграции материала, аккумулирующего скрытую теплоту, в маргинальную часть, критические уязвимости существующих концепций накопительных мембран атакуются, в то же время добавляются новые преимущества. Таким образом, представленный подход технически прост и несколько парадоксален, поскольку парафин уже является хорошо зарекомендовавшим себя материалом для хранения тепловой энергии.Таким образом, данное исследование предлагает существенно новую стратегию применения теплоизоляции.

Данное исследование разделено на два отдельных раздела с целью предоставить первоначальное доказательство осуществимости и продемонстрировать применимость предполагаемых механизмов. Первая часть проверяет тепловые характеристики парафинового воска в многоступенчатом лабораторном эксперименте. Здесь варианты использования парафина в качестве изоляционного материала испытываются в различных диапазонах температур. Вторая часть посвящена непроницаемости накопительной мембраны.С этой целью анализируются различные типы искусственно вызванных утечек и выбранные окружающие материалы, а также исследуется поведение миграции парафинового воска.

2 Материалы и методы

2.1 Повышение тепловых характеристик

2.1.1 Экспериментальная установка.

Первое лабораторное испытание было разработано для исследования потерь энергии при использовании парафинового воска внутри двух секций герметизирующих слоев конструкции PTES. Схематическая иллюстрация экспериментальной установки приведена на рис. 1, а на рис. 2 показаны изображения смонтированной установки в лаборатории.

Рис. 2. Экспериментальные варианты с (а) черной ПВХ-пленкой и (б-г) ПС в качестве герметизирующего слоя.

1: окружающий материал, 2: изоляционный слой из парафина, 3: уплотнительная пленка из ПВХ, 4: наполнитель / вода, 5: уплотнительные пластины из полистирола, 6, 7: датчики температуры в парафиновом воске / наполнителе, 8: нагревательное устройство, 9 : камера.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g002

В качестве внешнего ограждения использовалась емкость из акрилового стекла с внутренними размерами 1000 мм x 300 мм x 600 мм (длина, ширина, высота). .Внутри был реализован небольшой накопитель тепла с деионизированной водой в качестве наполняющего материала, причем его внутренние размеры (600 мм x 200 мм x 400 мм) были заключены во внутренний герметизирующий компонент. В первой серии экспериментов герметизация проводилась с помощью жестких пластин из полистирольного стекла (ПС) толщиной 5 мм. Во второй серии плиты ПС были заменены поливинилхлоридной (ПВХ) фольгой толщиной 0,5 мм, которая обычно используется для герметизации существующих бассейнов хранения [1, 26, 57]. Сравнение использования неформующихся пластин из полистирола с гибкой стандартной пленкой из ПВХ помогает сосредоточить внимание на потенциальной механической деформации при включении парафинового воска.Последний был залит между другим слоем герметизирующей мембраны на одной короткой стороне контейнера (рис. 2а и 2b). Форма чистого парафинового воска была выбрана, чтобы использовать его прямую доступность в виде расплавленной жидкости для повторного закрытия утечек во второй части экспериментов. Внутри герметизирующей мембраны парафиновый воск распределялся по всей поверхности без поровых пространств, чего не было бы в случае с парафиновыми композиционными материалами, часто используемыми в строительном секторе, такими как инкапсулированный парафиновый воск.Здесь это одновременно обеспечивает больший объем для дополнительного хранения энергии. В случае пластин PS было выполнено расстояние между полостями 20 мм (рис. 2b), и, следовательно, был использован парафиновый воск объемом 1600 мл. В серии экспериментов с ПВХ был отлит такой же объем парафина, как и пластина толщиной 20 мм, покрытая ПВХ-фольгой (рис. 2а). Выбранный парафиновый воск (Tudamelt 40/42, Hansen & Rosenthal KG, Гамбург, Германия) имеет относительно низкую температуру затвердевания при 42 ° C и температуру плавления примерно при 40 ° C.Ожидается, что это будет напоминать реальные условия в предпочтительных низкотемпературных системах [22, 35, 58]. Проведенный производителем газохроматографический анализ качества парафинового воска показал плотное распределение длин цепей от примерно 20 до 23 атомов углерода (примерно 80%) в общем диапазоне от 17 до 32 атомов углерода.

Верхняя крышка контейнера из прозрачной пластиковой фольги (для лучшей видимости не представлена ​​на рис. 2) сводит к минимуму эффект испарения. Чтобы дополнительно защитить эксперимент от воздействия окружающей среды и имитировать зернистые свойства почвы, окружающей резервуар для хранения в полевых условиях, был использован гранулят из вспененного стекла (Ecoglas, Steinbach Schaumglas GmbH & Co.KG, Зальц, Германия) (рис. 2). В качестве вторсырья с размером зерен 5–8 мм он также используется в качестве наружного изоляционного материала (теплопроводность λ = 0,084 Вт / мК, [59]) на некоторых существующих объектах [27, 36, 60].

Для нагрева носителя был применен лабораторный термостат (погружной термостат Julabo ED) с подводимой электрической мощностью 2 кВт (рис. 2c и 2d), при этом нагревательный змеевик с циркуляционным насосом был установлен в центре водяного столба. . Это имитировало процедуру прямого нагружения без термической стратификации в бассейне, но обеспечило однородное распределение температуры во всех областях раздела.Для измерения температуры и регистрации данных использовались два 20-канальных мультиплексора Keysight 34901A и один Keysight 34972A. Всего было подключено 15 датчиков температуры Pt100 (нержавеющая сталь, водонепроницаемые, 4 провода, длина 500 мм, измерительный наконечник 20 мм, точность 1/10 DIN (Немецкий промышленный стандарт), рис. 2d). Точность датчиков зависит от температуры. В пределах температур всех экспериментов он находится в диапазоне от ± 0,04 ° C (при 20 ° C) до ± 0,06 ° C (при 60 ° C). Три зонда были непосредственно залиты в корпус из парафинового воска на разной высоте.Распределение датчиков температуры показано на рис. 1. HD-камера для покадровой записи облегчила визуальное наблюдение.

2.1.2 Порядок проведения испытаний и обработки данных.

Общий рабочий процесс экспериментов по тепловым характеристикам показан на рис. 3a. После заливки парафина непосредственно в полость из полистирола или поливинилхлорида (рис. 2) все датчики температуры были установлены в соответствующие места (рис. 1). Эксперимент проводился в три этапа для шести различных заданных температур от 34 ° C до 40 ° C.На первом этапе система, запущенная при температуре окружающей среды, была нагрета до заданной целевой температуры (фаза нагрева). Хотя скорость нагрева нельзя было непосредственно измерить, она была постоянной для всех экспериментов, потому что нагревательное устройство всегда работало на полную мощность. Состояние равновесия, подразумевающее постоянный градиент к окружающей среде, поддерживалось в течение по меньшей мере 12 часов (фаза поддержания). Эта вторая фаза была остановлена ​​выключением термостата нагрева, и вся конструкция остыла, пока снова не была достигнута температура окружающей среды (фаза охлаждения, рис. 3b, слева).На всех этапах измерения температуры во всех положениях датчика регистрировались с интервалами 30 с, а видео с интервалом времени (частота кадров 100 кадров в секунду из 30-секундных интервалов изображения) записывались камерой.

Рис. 3. a) Рабочий процесс экспериментов по тепловым характеристикам; б) экспериментальные фазы с определением запаздывания и накопленного теплосодержания (схематическое изображение).

Розовый ящик: задержка нагрева / охлаждения из-за эффектов фазовой случайности. Цвета линий на рис. 3b: синий: вода, зеленый: парафин, желтый: окружающий материал.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g003

При оценке данных основное внимание уделялось двум параметрам, позволяющим судить о пригодности парафинового воска для повышения теплоемкости и теплоизоляционных характеристик мембраны: (i ) коэффициент замедления, который представляет задержку бокового теплопереноса во время плавления или затвердевания парафинового воска; (ii) количество тепла, накопленного при плавлении во время фазы нагрева или, наоборот, извлеченное из затвердевающего парафинового воска в фазе охлаждения.Далее все наборы данных о температуре сначала были преобразованы в количество тепла через развернутые массы ( м ) и удельную теплоемкость ( c м ) парафинового воска, воды и окружающего материала соответственно ( используя калорическое уравнение для тепла Q = c м м ∙ Δ T ). В этом контексте довольно неоднородное качество технического парафина было рассмотрено путем определения неопределенности в 5% для удельной теплоемкости соответствующего материала.В сочетании с точностью измерения датчиков температуры длительная погрешность значений теплоты привела к макс. ± 8,5 кДж / кг.

Хотя эффекты изменения фазы уже обнаруживаются в этих наборах данных (розовая рамка на рис. 3b, слева), производные этих кривых более точно показывают изменения теплосодержания парафинового воска и предоставляют информацию о точных временных рамках задержки (рис. 3b). , справа вверху). В конечном итоге количество сохраненного и извлеченного тепла было определено количественно с использованием интеграла изменений энергии за период задержки (рис. 3b, справа внизу).

2.2 Испытания на герметичность

2.2.1 Экспериментальная установка.

Испытания на герметичность подтвердили желаемый механизм самовосстановления при использовании парафинового воска в гидроизоляционных накопительных мембранах. Поскольку он используется в чистом виде, материал имеет прямой тепловой переход с границами раздела внутреннего и внешнего слоев и, следовательно, должен сначала расплавиться в фазе нагрева. Впоследствии он должен быть доступен в виде гидрофобной подвижной жидкости для закупоривания путей к более холодному окружающему материалу в случае утечек.

Схема показана на рисунках 4 и 5 и для согласованности и сопоставимости состоит из многих компонентов предыдущих тестов. Операционное и измерительное оборудование, такое как датчики и термостат нагрева, были такими же, как в экспериментах по тепловому усилению, описанных выше (рис. 5). Однако для моделирования поперечного сечения мембраны накопителя использовался гораздо меньший внешний кожух из полистирола размером 400 x 200 x 200 мм (длина, ширина, высота), а окружающий материал был установлен только с одной стороны (рис. 5а).Слой парафина толщиной 20 мм (объем: 800 см 3 ) был нанесен в непосредственном контакте с внутренним заполнением деионизированной водой (280 мм x 200 мм x 200 мм). На внешней пластине PS окно шириной 50 мм x 50 мм было покрыто пленкой ПВХ для имитации различных типов утечек в герметизирующей фольге, таких как трещины, большие отверстия и перфорированные зоны (рис. 5b).

Рис. 4. (а) эскиз и (б) вид сверху экспериментов по утечке.

Зеленый: парафиновый воск, синий: вода, красный: слой ПВХ, желтый: окружающий материал.Положения датчиков отмечены точками. ПВХ: поливинилхлорид, PS: полистирольные стеклянные пластины.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g004

Рис. 5. a) Лабораторная установка, b) трещина в поливинилхлоридной фольге с выходящим парафином, c) твердое тело из песка с парафином, d ) непроницаемое соединение окружающего материала с поровыми пространствами, заполненными парафином.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g005

Площадь окружающего материала в конечном итоге привела к объему 100 x 200 x 200 мм и позволила наблюдать и измерять характеристики оттока и дисперсии парафиновый воск (рис. 5c и 5b).Два окружающих материала были использованы в отдельных сериях испытаний: (i) мелкий песок (размер зерна: от 0,063 до 2 мм) был использован для воспроизведения реалистичных полевых условий, а (ii) стеклянные шарики диаметром 3 мм были выбраны для имитации идеальной зернистой структуры и для проверки поведения расплавленного парафина в средах с большим пористым пространством (рис. 5а).

2.2.2 Порядок испытаний и оценка данных.

Рабочий процесс экспериментов с утечкой показан на рис. 6а. В различных сценариях определенный тип искусственной протечки был вырезан в ПВХ-пленке и временно заклеен липкой лентой.Вертикальные и горизонтальные трещины площадью 20 мм 2 , вертикальные трещины площадью 40 мм 2 , а также большое отверстие площадью 380 мм 2 и фольга, содержащая перфорированный области (общая площадь утечки 23,6 мм 2 ). Затем резервуар для хранения был заполнен водой, и парафин был залит в полость моделируемой мембраны для хранения. После затвердевания парафинового воска липкая лента удалялась, обнажая дефектную зону, и вставлялся окружающий материал (песок или стеклянные шарики).Для быстрого нагрева термостат был установлен на 60 ° C, и началась регистрация данных. Так же, как весь парафиновый воск был в жидком состоянии, термостат был выключен, и система остыла до температуры окружающей среды. Для оценки составное тело из парафинового воска и песчаных или стеклянных шариков, внедренное в окружающий материал, подвергали воздействию и брали образцы. В конечном итоге вся установка была возвращена в исходное состояние для новой итерации.

После каждого из этих испытаний формованные составные тела из затвердевшего парафинового воска и окружающего материала были обнажены, и их размеры (длина, ширина, высота) и массы были записаны с помощью линейки.Объем рассчитывали через плотность и массу составного материала. Предполагая точность измерения 0,5 мм для расширений и 1 г для веса композитных корпусов, итоговая общая точность данных объема привела к макс. ± 2,7 см 3 для тел из составного материала и ± 1,4 см 3 для данных об объемных потерях парафина. Особое внимание было уделено наблюдаемым направлениям диспергирования парафинового воска. Соответственно, длина и ширина тел были определены, как показано на рис. 6b, а высота измерялась по вертикали.

3 Результаты и обсуждение

3.1 Повышение тепловых характеристик

3.1.1 Визуальные наблюдения.

На рисунках 7 и 8 суммированы результаты экспериментов по тепловым характеристикам как на этапе нагрева, так и на этапе охлаждения для шести выбранных экспериментальных настроек. На фиг.7а и 8а показано замедление плавления или затвердевания парафинового воска. Напротив, поглощенное / накопленное тепло в парафиновом воске, которое представляет собой увеличение емкости накопления, показано на фиг. 7b и 8b.Результаты охватывают только эксперименты с ПВХ в качестве уплотнительного материала, за исключением одной итерации с ПС для сравнения.

Рис. 7. а) Задержка нагрева лабораторного накопителя тепла из-за плавления парафинового воска; б) дополнительное тепло в парафиновом воске во время фазы нагрева.

ПВХ: поливинилхлорид, ПС: полистирольные стеклянные пластины.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g007

Рис. 8. a) Задержка охлаждения лабораторного накопителя тепла из-за затвердевания парафинового воска; б) дополнительное тепло, выделяемое парафиновым воском, измеренное в фазе охлаждения.

ПВХ: поливинилхлорид, ПС: полистирольные стеклянные пластины.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g008

Первые результаты и поразительные особенности представленной концепции очевидны уже при оценке покадровой записи, поскольку жидкие компоненты могут наблюдаться даже при низкой температуры. Следовательно, даже эксперименты с заданными температурами ниже точки плавления использованного парафинового воска показывают значительные эффекты замедления и накопления / рециркуляции тепловой энергии.Это может быть связано с составом парафинового воска, так как техническое качество, используемое в экспериментах, не является высокоочищенным материалом. Поскольку он содержит молекулы углеводородов разной длины, фракционирование происходит при нагревании или охлаждении, и различные частичные участки плавятся и затвердевают в разных диапазонах температур.

Следует отметить, что это относится ко всем индуцированным фазовым изменениям, приводящим к не четким и резким, а мягким и медленным переходам. Хотя этого можно ожидать и в практических приложениях, это добавляет неопределенности в интерпретацию измерений.Однако эти эффекты также принимаются во внимание при оценке неопределенности, поскольку всем значениям измерений и физическим свойствам были присвоены коэффициенты ошибок во время оценки данных (см. Раздел 2.1.2).

Вторым результатом, уже показанным при визуальном наблюдении, были деформации слоя парафина во время плавления при использовании фольги ПВХ. Смещение парафинового воска из-за давления наполнителя в направлении окружающего материала привело к появлению клиновидной выпуклости.В результате толщина слоя парафинового воска была значительно уменьшена внизу и увеличена вверху, что подняло технические вопросы относительно надежных методов реализации в полевом масштабе. Даже если бы этих деформаций можно было избежать в лаборатории с помощью стабильных пластин из полистирола, для крупномасштабных систем хранения было бы проблематично использовать конфигурацию между пленками ПВХ без стабилизирующих конструкций.

3.1.2 Эффекты замедления и накопления энергии в фазах нагрева.

После оценки визуальной документации анализ записей температурных данных начинается с фазы нагрева (рис. 7). Таким образом, результаты показывают значительные задержки из-за плавления парафина во всех шести вариантах испытаний. Это примечательно, поскольку эта фаза сравнительно короткая с линейным увеличением температуры от 0,49 до 0,71 К / мин.

Диапазон значений периода запаздывания (рис. 7a) среди различных настроек эксперимента высок, от 360 до 1600 с, со средней задержкой плавления около 1000 с, но корреляция с применяемыми целевыми температурами не очевидна.Точно так же из-за заданных неопределенностей нельзя сделать вывод из увеличенного индивидуального значения теста с ПС вместо ПВХ, что использование этого альтернативного материала только приводит к более высокому замедлению. Тем не менее, значение замедления 1590 с для варианта ПС на 80% выше среднего значения около 880 с для испытаний с пленкой ПВХ. Однако результаты всех испытаний подтверждают эффективность желаемого механизма: исходя из времени задержки, можно ожидать, что быстрая зарядка хранилища приложений может быть эффективно задержана процессами плавления парафинового воска.Одновременно результаты указывают на снижение боковых тепловых потерь.

Как описано в разделе 2.1.2 и видно на рис. 3b, существует тесная корреляция между временем задержки и тепловой энергией, накопленной в фазе нагрева (рис. 7b). Следовательно, результаты последнего также показывают большие колебания, в пределах от 4,21 кДж / кг до 12,44 кДж / кг парафинового воска при среднем значении 6,55 кДж / кг. Хотя эти значения низкие, вероятно, что более медленные процессы плавления не могут быть обнаружены из-за быстрого нагрева.Явного влияния уплотнительного материала не наблюдалось. Разница между ПВХ и ПС при одинаковой температуре невелика, и значение для ПС, равное 5,78 кДж / кг, ненамного превышает среднее значение 6,71 кДж / кг для всех экспериментов с ПВХ.

В сочетании с заданной массой использованного парафинового воска (1200 г для объема 0,0016 м 3 или 1,6 л и плотность 750 кг / м 3 ) результаты количеств запасенной энергии используются для линейного апскейлинг до полевых условий.Исходя из усеченной геометрии обычных ямных систем накопления тепловой энергии (PTES) [24, 29, 31], объем накопителя 50 000 м 3 и толщина слоя парафина 0,1 м, объем парафинового воска 1000 м 3 можно принять.

Результаты в конечном итоге показывают увеличение емкости накопителя для этого случая применения примерно на 3,16 ∙ 10 6 МДж или 0,88 МВтч до 9,33 ∙ 10 6 МДж или 2,59 МВтч. Таким образом, этот дополнительный резервуар энергии будет доступен во время быстрого и интенсивного процесса зарядки за счет нанесения парафинового воска.Однако по сравнению с накопительной емкостью водонаполнения PTES 1,16 ГВтч (для диапазона температур 20 K и накопительной способности воды 4,19 кДж / кгK) это небольшое преимущество, и, таким образом, дополнительная теплоемкость составляет только недостаточно для оправдания использования парафинового воска.

3.1.3 Эффекты замедления и накопления энергии в фазах охлаждения.

Для сравнения, одна и та же серия измерений была рассмотрена для оценки фаз охлаждения (рис. 8). Как и ожидалось из закона Фурье [61], фаза охлаждения отражается не линейным градиентом температуры и содержания энергии, а экспоненциальным уменьшением, сходящимся к температуре окружающей среды.В результате этот этап охватывает гораздо более длительные периоды времени до тех пор, пока температура окружающей среды снова не будет достигнута (Рис. 8a, в среднем 95 часов, максимум 144 часа).

Первые результаты фазы охлаждения уже показывают существенные различия, поскольку периоды замедления, вызванные затвердеванием парафинового воска, на несколько порядков больше (рис. 8a). Они варьируются от 8 500 с (~ 2,5 ч) до примерно 17 000 с (~ 4,7 ч), при среднем значении 14 000 с (~ 3,9 ч). Кроме того, заметная разница между значениями для полистирола и ПВХ при одинаковой температуре (34 ° C) указывает на значительное влияние герметизирующего материала, поскольку можно использовать больше парафинового воска, чтобы предотвратить процессы деформации.Однако не наблюдается четкой тенденции к увеличению времени задержки при более высоких рабочих температурах. В целом результаты задержек на этапе охлаждения демонстрируют более эффективную применимость представленного подхода. Из-за длительных задержек последующая энергия может быть предоставлена ​​в предельной области накопителя в случае быстрой разрядки накопителя. В результате крутизна тепловых градиентов по направлению к окружающей среде может быть уменьшена, а потери энергии сведены к минимуму.

Оценивая фазу охлаждения, можно более точно определить результаты рекуперации энергии (рис. 8b). Это связано с тем, что эта фаза эксперимента представляет собой незатронутый процесс охлаждения в отличие от фазы нагрева, где быстрые подводы энергии к наполнению могут накладывать эффекты фазового изменения в парафиновом воске. Как следствие, фаза охлаждения позволяет наблюдать всю последовательность эффектов фазового перехода без вмешательства внешних потоков энергии, а также позволяет разрешить гораздо более медленные процессы.Следовательно, результаты получения энергии из парафинового воска на несколько порядков выше, чем результаты, полученные при нагревании, в среднем 138 кДж / кг в диапазоне от 57 кДж / кг до 195 кДж / кг. Хотя кривая естественного охлаждения, применяемая в экспериментах, не отражает должным образом условия периодического накопления и разрядки в конкретном случае применения, результаты доказывают, что охлаждение задерживается за счет энергии, рекуперированной при затвердевании парафинового воска. Таким образом, кратковременные процессы разряда могут быть буферизованы и компенсированы в течение более длительного периода, что приводит к более медленному снижению температуры в резервуаре и, следовательно, к меньшему влиянию на долговечность герметизирующего материала.

На количество рекуперированного тепла влияет не рабочая температура, а уплотнительный материал. Более устойчивая конструкция из полистирола с постоянной и однородной поверхностью раздела обеспечивает использование большего объема парафинового воска. Восстановленная энергия 190 кДж / кг значительно выше, чем соответствующее значение с использованием ПВХ (141 кДж / кг), и даже выше, чем среднее значение всех измерений с использованием ПВХ (138 кДж / кг).

Значения рекуперации энергии фаз охлаждения также применимы для масштабирования для ранее описанного сценария использования 50 000 м 3 PTES.При этом результаты показывают поразительную разницу: объем в 1000 м3 парафина 3 обеспечит дополнительную емкость хранения от 12,01 МВтч до 40,70 МВтч (в среднем: 28,77 МВтч), будучи дополнительно доступным во время процесса медленного охлаждения или разгрузки. В конечном итоге эти результаты на порядок выше, чем у фаз нагрева. Они демонстрируют эффективное использование желаемых процессов и дополнительную ценность новой концепции с точки зрения повышения температуры сезонных систем аккумулирования тепла.

3.2 Устранение утечек

3.2.1 Направления рассеивания.

Самовосстанавливающиеся свойства недавно представленной концепции основаны на желаемом механизме активного закрытия путей утечки гидрофобным парафином. В рамках этой второй серии тестов были изучены шесть различных сценариев. На Фиг.9 показаны размеры формованных тел из парафинового воска и окружающего материала (согласно Фиг.6b) по отношению к соответствующему типу утечки и окружающему материалу.В одном из сценариев вместо песка в качестве окружающего материала использовались стеклянные шары. Поскольку формы различных типов утечек (трещины, отверстия круглой формы и перфорированная зона) сильно различаются, нецелесообразно учитывать их длину или диаметр. Вместо этого общая площадь этих каналов используется в качестве вспомогательного параметра для сравнения размера («A» на рис. 9) утечки.

Рис. 9. Измерения формованных тел после потери парафина.

Длина и ширина были определены, как показано на рис. 7b, а высота твердых тел измерялась по вертикали.A: общая площадь проходов как размер утечки, d: размер зерна окружающего материала.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g009

Для всех утечек результаты показывают преобладающую дисперсию в вертикальном направлении (по высоте) и по горизонтали к поверхности уплотнительной мембраны (по ширине). Высоты, которые показывают наибольшую разницу (от 29 мм до 105 мм), указывают на тенденцию к увеличению площади поверхности утечки. Они также содержат самые маленькие значения, которые от двух до девяти раз ниже по сравнению с вертикальными размерами.Напротив, значения ширины и длины разбросаны вокруг своих средних значений 49,5 мм и 17,8 мм, соответственно, в небольших пределах (минимум: 37,0 мм и 5,0 мм, максимум: 59,0 мм и 25,0 мм).

Эти результаты можно объяснить влиянием силы тяжести. Таким образом, парафиновый воск предпочтительно течет по внешней ПВХ-пленке накопительной мембраны и распространяется в основном вертикально. Однако замечательно и горизонтальное распространение вдоль боковой стенки хранилища, которое даже превышает вертикальную составляющую в случае трещин меньшего размера.Очевидно, что высокая температура на границе раздела внешней мембраны играет решающую роль, гарантируя, что парафиновый воск не затвердеет сразу после вытекания из изоляционного слоя. Таким образом, он может распространяться в боковом направлении со значительными материальными потерями, что представляет собой серьезную слабость предлагаемой общей концепции.

Тем не менее, механизм самовосстановления представленной концепции уже доказал свою эффективность в рамках этих результатов, поскольку разгон в горизонтальном направлении сразу от хранилища успешно затрудняется.В этом отношении окружающий холод материал представляет собой эффективный барьер, ведущий к быстрому затвердеванию парафина и закупорке утечки.

3.2.2 Влияние типов утечек и окружающих материалов.

Оценка влияния типа утечки (отверстие, трещина или перфорация) изначально не выявляет каких-либо существенных различий. Однако есть признаки того, что вертикальные трещины одинаковой площади поверхности равномерно приводят к меньшему растеканию парафинового воска во всех направлениях.Кроме того, в случае трещин более крупные дефекты усиливают распространение в вертикальном направлении.

Более поразительное различие становится очевидным при сравнении двух окружающих материалов (стеклянных шариков и песка): даже несмотря на то, что поровое пространство в более крупных и однородных стеклянных шариках обеспечивает значительно больший объем для рассеивания, длина уменьшается при расширении в ширину и высоту. увеличена. Здесь стеклянный шарик обеспечивает преимущество в виде большего резервуара холода, предотвращая поток в окружающий материал и обеспечивая более быстрое затвердевание, но вызывая отклонение в двух других направлениях.

Дополнительные параметры для анализа типов утечек и окружающих материалов включают массу формованных тел, а также их объемные объемы и, наконец, объем нанесенного парафинового воска (рис. 10). Для сравнения представлена ​​та же серия экспериментов, что и в предыдущем анализе направлений дисперсии. Массы формованных тел (рис. 10а) показывают сравнительно небольшой диапазон значений от 11 г до 85 г. Максимальное значение массы было получено в результате эксперимента с перфорированной ПВХ-фольгой, его значение 85 г почти в три раза выше, чем средняя потеря парафинового воска, равная 31.3 г. Разница в окружающем материале не очевидна в этих результатах, но снова есть заметная разница в горизонтальных, а не вертикальных трещинах. Для горизонтальной трещины значение увеличилось более чем вдвое с 12 г до 25 г.

Рис. 10. Масса (а) и объем (б) формованных тел, состоящих из парафинового воска и окружающего материала, после индуцированной утечки.

vert: вертикальная трещина, горизонт: горизонтальная трещина, A: общая площадь проходов как размер утечки, d: размер зерна окружающего материала.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0236056.g010

Результаты общих объемов (рис. 10b) показывают более четкие различия между отдельными конфигурациями. Как уже указывалось в предыдущей оценке размеров тел, дисперсии также различаются по их объемной протяженности в пределах от 12 см 3 до 137 см 3 . Доля парафина в составных телах колеблется от 36% до 67%, что предполагает дополнительную изменчивость объемов выделяемого парафина.Следовательно, эти данные содержат сравнительно больший размах от 5 см 3 до 80 см 3 . Относительно общего объема 800 см 3 потери парафинового воска невелики и составляют от 1,5% до 17%. Эти результаты доказывают, что свойства самовосстановления могут применяться без значительных разрядов используемого материала и что предложенный подход работает эффективно.

Площадь поверхности дефектов была выявлена ​​как наиболее существенное влияние на количество потерянного парафинового воска, при этом удлиненные трещины представляют собой более серьезную проблему, чем круглое, локально ограниченное отверстие с площадью поверхности в 10 раз большей.Эти результаты, полученные в ходе испытаний, можно объяснить оптимальным соотношением длины окружности к площади поверхности круга. И наоборот, линейные утечки, например подобно трещинам, образуют более крупный резервуар тепла, что приводит к более широкой окружающей теплой поверхности, что способствует боковому распространению. То же самое относится к перфорированной и пористой фольге, которая, например, из-за усталости материала имеет большое количество мелких дефектов. Более того, сравнение вертикальных и горизонтальных трещин одинакового размера и площади поверхности указывает на большую потерю парафина из-за горизонтальных зазоров во внешней герметизирующей фольге.Здесь, по сравнению с вертикальными трещинами, вертикальные силы, действующие на оболочку накопителя, усиливают расхождение надреза.

Что касается различных типов утечек, результаты, в конечном итоге, показывают, что существуют различные влияния как формы, размера, так и ориентации различных дефектов. Тем не менее, несмотря на то, что существует много различных факторов, для всех серий испытаний доказано, что использование парафинового воска не только увеличивает тепловые преимущества для сезонных систем аккумулирования тепла, но также может обеспечить более длительное время работы, устраняя проблемы усталости материала из-за новая встроенная функция самовосстановления.

4 Выводы

Сезонное хранение тепловой энергии в крупных бассейнах уже предлагает высокий потенциал для увеличения гибкости сетей централизованного теплоснабжения за счет уравновешивания колеблющихся возобновляемых источников энергии. Однако многие из настоящих систем демонстрируют недостатки в отношении их тепловых характеристик (проявляющиеся в виде чрезмерных потерь энергии, значительно снижающих рентабельность) и в отношении их технической настройки, поскольку утечки в герметизирующих пленках могут привести к полному отказу системы.В данном исследовании рассматриваются эти ключевые аспекты, представляя принципиально новую концепцию комбинированной изоляции и герметизирующей мембраны. Начиная с нетрадиционного подхода, использование парафинового воска в качестве гидрофобного материала, аккумулирующего скрытую теплоту, в краевой зоне хранилища было тщательно изучено в лаборатории и испытано в двух отдельных сериях экспериментов.

Преимущества концепции в части тепловой оптимизации сезонных складов подтверждены следующими результатами:

  • Быстрая доступность этих процессов при быстром нагреве наполнения хранилища наблюдалась уже через несколько минут.
  • И наоборот, равномерное восстановление энергии из парафинового воска наблюдалось во время естественного охлаждения в течение периодов от 2,5 до 4 часов.
  • Дополнительное полезное количество тепла, обеспечиваемого парафиновым воском, показало, что в лаборатории значения составляют около 6,55 кДж / кг во время фазы интенсивного нагрева и около 138 кДж / кг во время фазы медленного охлаждения.
  • Для полномасштабных приложений теоретическое масштабирование показало увеличение емкости хранилища до 40,70 МВтч.

С одной стороны, эти результаты показывают, что как буферизацию интенсивных, краткосрочных зарядов и разрядов, так и нормальную работу можно оптимизировать по желанию. В этом отношении преимущества недорогого накопительного материала с быстрой термической применимостью (вода) и скрытого, более твердого накопительного материала (парафиновый воск) идеально сочетаются для максимизации долгосрочных характеристик за счет увеличения общей емкости хранения и снижения термического воздействия. нагрузка на материалы из-за сглаживания температурных градиентов.

С другой стороны, следует отметить определенные недостатки новой концепции в отношении ее теплового поведения:

  • Дополнительная емкость для хранения парафина составляет лишь небольшую часть от общей емкости, что вызывает вопросы относительно экономической целесообразности.
  • Обнаружена техническая проблема, так как ранее однородный слой парафина деформировался в клиновидную структуру, в нижней части парафинового воска не осталось.

Хотя этот технический недостаток можно уменьшить за счет включения термической стратификации, рекомендуется дальнейшее техническое усовершенствование, включая, например, применение подходящей опорной конструкции. Тем не менее, при дальнейшем развитии концепции необходимо уделять внимание соответствующему соотношению между инвестициями и добавленной стоимостью, что было бы неудовлетворительным, учитывая только увеличение общей мощности.

С учетом этого предвидения вторая серия экспериментов исследовала техническую осуществимость эффектов самоуплотнения, а также выявила значительные преимущества нового представленного подхода:

  • После выхода из искусственно созданных протечек парафиновый воск остыл уже после очень коротких расстояний от герметизирующей фольги.
  • Кроме того, доля потерянного парафинового воска сравнительно невелика - всего от 1,5% до 17%.
  • Формованные тела, особенно на более крупнозернистых субстратах, приводили к предполагаемому засорению дефектов в герметизирующей мембране.
  • Таким образом, механизм был эффективен для всех сценариев различных типов утечек и размеров дефектов, а также в случае различных окружающих материалов.

Однако, анализируя несколько влияющих параметров, также можно было выявить потенциальные недостатки и технические недостатки представленной концепции:

  • Особенно в случае широко распространенного диффузного дефицита материала (например,грамм. перфорации), преобладает повышенный риск больших потерь парафина, потому что тепло может непрерывно подводиться к большой площади через оставшийся слой парафина.
  • Теплая поверхность резервуара для хранения позволила парафиновому воску растекаться по этой структуре в направлении силы тяжести.
  • При этих предпочтительных направлениях потока полное закрытие утечки не может быть обеспечено, потому что желаемый эффект засорения может быть реализован только в одном направлении, в то время как диспергирование вдоль внешней поверхности накопления может по-прежнему приводить к большим потерям парафинового воска.

В заключение можно сказать, что общая цель исследования как доказательства концепции является успешной, хотя на данный момент существуют непредвиденные риски, препятствующие прямому внедрению в крупномасштабные приложения. Могут быть продемонстрированы как термическое использование, так и увеличение емкости хранения, но парафиновый воск оказался очень подвижным после процесса плавления, что также создает проблему для желаемого механизма самоуплотнения. Следовательно, в будущем необходимо будет сосредоточить внимание исключительно на технических аспектах, чтобы направить эту многообещающую концепцию на реализацию в полевых условиях.

Благодарности

Парафиновый воск, использованный в экспериментах, был подарен Hansen & Rosenthal KG, Гамбург, Германия для исследовательских целей. Авторы признают эту поддержку исследования. Кроме того, авторы выражают признательность научному сотруднику Ханнесу Хеммерле и студенту-ассистенту Маянку Паранджапе, внесшим существенный вклад в установку и проведение экспериментов, а также Райану Пирсону за редактирование языка.

Ссылки

  1. 1.Ботт К., Дрессел И., Байер П. Обзор современного состояния закрытых сезонных систем хранения тепловой энергии на водной основе. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2019; 113: 109241.
  2. 2. Сюй Дж., Ван Р.З., Ли Ю. Обзор доступных технологий сезонного хранения тепловой энергии. Солнечная энергия. 2014; 103: 610–38.
  3. 3. Шах С.К., Ай Л., Рисманчи Б. Сезонная система хранения тепловой энергии для зон с холодным климатом: обзор последних событий. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии.2018; 97: 38–49.
  4. 4. Сарбу Иоан и Себархиевич Калин. Комплексный обзор аккумулирования тепловой энергии. Устойчивое развитие. 2018; 10: 191.
  5. 5. Динсер И., Розен М. Накопление тепловой энергии: системы и приложения. 2-е изд. Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley; 2011.
  6. 6. Зискинд Г. Накопление тепловой энергии: состояние и недостатки в энергосистеме. В: 7-й Швейцарский симпозиум по хранению тепловой энергии. Люцерн; 2020.
  7. 7. Koohi-Fayegh S, Rosen MA.Обзор типов накопителей энергии, приложений и последних разработок. Журнал хранения энергии. 2020; 27: 101047.
  8. 8. Mahfuz MH, Anisur MR, Kibria MA, Saidur R, Metselaar IHSC. Исследование производительности системы аккумулирования тепловой энергии с использованием материала с фазовым переходом (PCM) для солнечного нагрева воды. Международные коммуникации в тепло- и массообмене. 2014; 57: 132–9.
  9. 9. Zhou D, Zhao CY, Tian Y. Обзор накопления тепловой энергии с использованием материалов с фазовым переходом (PCM) в строительных приложениях.Прикладная энергия. 2012; 92: 593–605.
  10. 10. Кабир М. С., Йола И. А. Пчелиный воск как низкотемпературный материал с фазовым переходом для аккумулирования тепла. Научный журнал FUDMA (FJS). 2020; 4: 764–9.
  11. 11. Паласиос А., Конг Л., Наварро М.Э., Динг И., Барренеш К. Методы измерения теплопроводности для определения характеристик материалов, аккумулирующих тепловую энергию - обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2019; 108: 32–52.
  12. 12. Airò Farulla G, Cellura M, Guarino F, Ferraro M.Обзор термохимических систем хранения энергии для поддержки электросетей. Прикладные науки. 2020; 10: 3142.
  13. 13. Калайсельвам С., Парамешваран Р. Технологии хранения тепловой энергии для обеспечения устойчивости.
  14. 14. Хесараки А., Холмберг С., Хагигхат Ф. Сезонное хранение тепловой энергии с помощью тепловых насосов и низких температур в строительных проектах - сравнительный обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2015; 43: 1199–213.
  15. 15. Ян, Т., Лю В., Крамер Дж. Дж., Сан К. Современное состояние дел в области сезонного накопления ощутимого тепла. В: Международная конференция по прикладной энергии 2019 г. Вестерас, Швеция; 2019. стр. 349.
  16. 16. Беспалько С, Миранда AM. Обзор существующих технологий аккумулирования тепла: Явное тепло. Acta Innovations. 2018; 28: 82–113.
  17. 17. Рад FM, Fung AS. Солнечная коммунальная система отопления и охлаждения с хранением тепловой энергии в скважине - Обзор систем. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии.2016; 60: 1550–61.
  18. 18. Ланахан Майкл и Табарес-Веласко Пауло Сезар. Сезонное накопление тепловой энергии: критический обзор систем BTES, моделирования и проектирования систем для повышения эффективности системы. Энергии. 2017; 10: 743.
  19. 19. Хукстра Н., Пеллегрини М., Блумендаль М., Спаак Г., Андреу Гальего А., Родригес Коминс Дж. И др. Расширение рыночных возможностей технологий использования возобновляемых источников энергии с помощью инноваций в области хранения тепловой энергии в водоносных горизонтах. Sci Total Environ.2020; 709: 136142. pmid: 316
  20. 20. Флёхаус П., Годшалк Б., Стобер И., Блюм П. Применение накопления тепловой энергии в водоносных горизонтах во всем мире - обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2018; 94: 861–76.
  21. 21. Schüppler S, Fleuchaus P, Blum P. Технико-экономический и экологический анализ хранилища тепловой энергии водоносного горизонта (ATES) в Германии. Geotherm Energy 2019.
  22. 22. Hasnain SM. Обзор подходящих технологий аккумулирования тепловой энергии - Часть 1: материалы и методы аккумулирования тепла.Преобразование энергии и управление. 1998. 39: 1127–38.
  23. 23. Socaciu LG. Сезонные разумные решения для хранения тепловой энергии. Электронный журнал практик и технологий Леонардо. 2011; 19: 49–68.
  24. 24. Соренсен П.А., Шмидт Т. Проектирование и строительство крупномасштабных тепловых накопителей для систем центрального отопления в Дании. В: 14-я Международная конференция по хранению энергии. Адана, Турция: EnerSTOCK2018; 2018.
  25. 25. Вилласмил В., Фишер Л.Дж., Ворличек Дж.Обзор и оценка теплоизоляционных материалов и методов для систем хранения тепловой энергии. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2019; 103: 71–84.
  26. 26. Охс Ф., Хайдеманн В., Мюллер-Штайнхаген Х. Сезонное накопление тепловой энергии: сложное применение геосинтетических материалов. В: 4-я Европейская конференция по геосинтетике. Эдинбург: Eurogeo4; 2008.
  27. 27. Охс Ф. Stand der Technik erdvergrabener Wärmespeicher: FFG store4grid; 2013.
  28. 28.Bodmann M, Fisch N. Solarthermische Langzeit-Wärmespeicherung. В: Eurosolar 2003. Вупперталь; 2003.
  29. 29. Хане Э. Солнечная система отопления ITW: олдтаймер в действии. Солнечная энергия. 2000; 69: 469–93.
  30. 30. Mattheess A, Stange P, Hülser A, Rühling K. GREEN HEAT3: Entwicklung Innovativer Energieversorgungstechniken und -strukturen mit Kernkomponenten modularer Großwärmespeicher und Maxianlage Solarthermie. В:; 13.-15.06.2018; Клостер Банц, Бад-Стаффельштейн; 13.-15.06.2018. п. 389–401.
  31. 31. Бодманн М, Фиш МН. Solar unterstützte Nahwärmeversorgung-Pilotprojekte Hamburg, Hannover und Steinfurt. В:; 17.-18.06.2004; Брауншвейг; 17.-18.06.2004. п. 2004.
  32. 32. Schlosser M, Heuer M, Fisch MN. Langzeitmonitoring solar unterstützte Nahwärmeversorgung Hamburg-Bramfeld. В:; 25.07.2007; 2007.
  33. 33. Эллехауге К., Педерсен Т. Солнечные аккумуляторы тепла в сетях централизованного теплоснабжения; 2007.
  34. 34.Хеллер А. 15 лет исследований и разработок в области центрального солнечного отопления в Дании. Солнечная энергия. 2000. 69: 437–47.
  35. 35. Мангольд Д., Рааб С., Мюллер-Штайнхаген Х. Saisonale Wärmespeicherung in solaren Großanlagen – Status und Perspektiven. В:; 27.06.2003; Фрайбург; 27.06.2003. п. 1–9.
  36. 36. Ochs F, Heidemann W, Müller-Steinhagen H. Langzeit-Wärmespeicher für solare unterstützte Nahwärmesysteme. В:; 2007; Бонн; 2007.
  37. 37. Мангольд Д.Erfahrungen und Ergebnisse aus der Umsetzung der Bundesforschungsprogramme Solarthermie-2000 und Solarthermie2000plus. Ганновер: Target GmbH; 2006.
  38. 38. Беннер М., Малер Б., Мангольд Д., Шмидт Т., Шульц М., Зейвальд Х. и др. Solar unterstützte Nahwärmeversorgung mit und ohne Langzeit-Wärmespeicher: Forschungsbericht zum BMBF / BMWi-Vorhaben, 329606, ноябрь 1998 г. - январь 2003 г. Штутгарт; 2003.
  39. 39. Бай И, Ван З, Фан Дж, Ян М., Ли Х, Чен Л. и др.Численное и экспериментальное исследование подземного водоема для сезонного хранения тепла. Возобновляемая энергия. 2020; 150: 487–508.
  40. 40. Кенисарин М., Махкамов К. Хранение солнечной энергии с использованием материалов с фазовым переходом. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2007; 11: 1913–65.
  41. 41. Ройон Л., Гиффант Г. Теплообмен в парафиновой эмульсии масло / вода с явлением переохлаждения. Преобразование энергии и управление. 2001; 42: 2155–61.
  42. 42. Сеттеруолл Ф, Александерсон К.Материалы с фазовым переходом и химические реакции для хранения тепловой энергии: современное состояние, 1996 г. Токи, Япония; 1996.
  43. 43. Абхат А. Низкотемпературное аккумулирование тепловой энергии скрытой теплотой: Материалы для аккумулирования тепла. Солнечная энергия. 1983; 30: 313–32.
  44. 44. Фарид М.М., Худхаир А.М., Разак С.А.К., Аль-Халладж С. Обзор накопления энергии с фазовым переходом: материалы и приложения. Преобразование энергии и управление. 2004. 45: 1597–615.
  45. 45. Акгюн М., Айдын О, Кайгусуз К.Экспериментальное исследование характеристик плавления / затвердевания парафина как ПКМ. Преобразование энергии и управление. 2007. 48: 669–78.
  46. 46. He B, Setterwall F. Технические парафиновые воски в качестве материалов с фазовым переходом для холодного хранения тепла и оценки капитальных затрат систем охлаждения. Преобразование энергии и управление. 2002; 43: 1709–23.
  47. 47. Urbaneck T, Platzer B, Schirmer B. Berechnung von Kies-Wasser-Speichern. В: 26.04.2002; Регенсбург; 2002 г.
  48. 48. Чо К, Чой Ш. Тепловые характеристики парафина в сферической капсуле в процессах замораживания и плавления. Международный журнал тепломассообмена. 2000; 43: 3183–96.
  49. 49. Jesumathy SP, Udayakumar M, Suresh S. Характеристики теплопередачи в системе хранения скрытой теплоты с использованием парафинового воска. Журнал механических наук и технологий. 2012; 26: 959–65.
  50. 50. Трп А. Экспериментальное и численное исследование теплообмена при плавлении и затвердевании технических парафинов в кожухотрубном накопителе скрытой тепловой энергии.Солнечная энергия. 2005. 79: 648–60.
  51. 51. Эттуни Х., Алатики И., Аль-Сахали М., Аль-Хаджири К. Повышение теплопередачи при хранении энергии в сферических капсулах, заполненных парафином и металлическими шариками. Преобразование энергии и управление. 2006; 47: 211–28.
  52. 52. Сари А., Караипекли А. Характеристики теплопроводности и хранения скрытой тепловой энергии в композите парафин / расширенный графит в качестве материала с фазовым переходом. Прикладная теплотехника. 2007; 27: 1271–7.
  53. 53. Чжао Дж, Го Й, Фэн Ф, Тонг Q, Qv W, Ван Х. Микроструктура и термические свойства композита с фазовым переходом парафин / расширенный графит для аккумулирования тепла. Возобновляемая энергия. 2011; 36: 1339–42.
  54. 54. Фарадж К., Халед М., Фарадж Дж., Хашем Ф., Кастелайн С. Материальные системы хранения тепловой энергии с фазовым переходом для систем охлаждения в зданиях: обзор. Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии. 2020; 119: 109579.
  55. 55. Ахмед Н., Эльфэки К.Е., Лу Л., Ван К.В.Тепловая и экономическая оценка комбинированной системы накопления явной и скрытой тепловой энергии Thermocline для среднетемпературных применений. Преобразование энергии и управление. 2019; 189: 14–23.
  56. 56. Zhang Z, Zhang N, Peng J, Fang X, Gao X, Fang Y. Получение и свойства хранения тепловой энергии композитного материала с фазовым переходом парафин / расширенный графит. Прикладная энергия. 2012; 91: 426–31.
  57. 57. Hadorn J-C. Решения для хранения солнечной тепловой энергии.В: Фрайбургская солнечная академия 2004. стр. 1–21.
  58. 58. Шмидт Т., Мангольд Д. Новые шаги в области сезонного хранения тепловой энергии в Германии. В: Нью-Джерси; 2006.
  59. 59. Steinbach Schaumglas GmbH & Co. KG. Технические характеристики продукта, указанные на веб-сайте производителя, также доступны в проспекте эмиссии .; 2020.
  60. 60. Оливети Г., Аркури Н. Прототип экспериментальной установки межсезонного хранения солнечной энергии для зимнего отопления зданий: Описание установки и ее функций.Солнечная энергия. 1995; 54: 85–97.
  61. 61. Fourier JBJ. Аналитическая теория тепла: University Press; 1878.

Без печей, но тепло в инновационных «пассивных домах»

Внутри пассивный дом имеет несколько иной гештальт, чем обычные дома, точно так же, как электромобиль управляется иначе, чем его двоюродный брат, работающий на газе. Это что-то вроде космического корабля с однородностью воздуха и температуры. Воздух снаружи проходит через фильтры HEPA, прежде чем попасть в комнаты.Цементный пол подвала не холодный. Стены и воздух в основном имеют одинаковую температуру.

Присмотритесь, и вы увидите технические отличия: когда окна распахиваются, вы видите их слои из стекла и газа, а также замысловатые уплотнения по краям. Небольшой решетчатый воздуховод под потолком в гостиной пропускает чистый воздух. В подвале нет печи, а вместо нее находится гигантский охладитель из пенополистирола с теплообменником.

Пассивные дома не требуют вмешательства человека, но большинство архитекторов устанавливают переключатель с тремя настройками, которые можно отключить для отпуска или повысить для циркуляции воздуха на вечеринке (хотя вы также можете просто открыть окна).«Мы обнаружили, что для людей очень важно, чтобы они чувствовали, что могут влиять на систему», - сказал г-н Хаспер.

Дома могут быть слишком радикальными для тех, кто ценит такой опыт, как горячий шоколад на холодной кухне. Но не для других. «Я вырос в большом старом доме, в котором всегда было на 10 градусов холоднее, поэтому я знал, что хочу сделать что-то другое», - сказал Георг В. Зильке, который построил здесь свой первый пассивный дом для своей семьи в 2003 году и сейчас. не проектирует никаких других построек.

В Германии добавленные затраты на строительство пассивных домов невысоки и сокращаются из-за их растущей популярности и постоянно растущего набора привлекательных готовых компонентов.

Но сложные окна и теплообменные системы вентиляции, необходимые для нормальной работы пассивных домов, в Соединенных Штатах не всегда доступны. Таким образом, строительство пассивных домов в США, по крайней мере на начальном этапе, скорее всего, повлечет за собой более высокую разницу в цене.

Более того, популярные в США виды жилищного строительства труднее адаптировать к стандарту: в жилых домах обычно нет встроенных систем вентиляции, а раздвижные окна трудно герметизировать.

Зданий - Пробелы в инновациях - Анализ

Почему важен этот разрыв?

Большая электрификация тепла (и других конечных целей, таких как охлаждение помещений) окажет большее давление на электрические системы, требуя не только повышения энергоэффективности, но и большей гибкости за счет реакции со стороны спроса.Рынки с высокой долей электрического отопления (например, Франция) иллюстрируют влияние спроса на электрическое отопление зимой и в чрезвычайно холодные дни. Тепловые насосы с высокими коэффициентами энергоэффективности могут помочь снизить общую тенденцию пиков спроса, но все равно потребуется гибкость за счет реагирования на спрос, чтобы сместить некоторые потребности в часы непиковой нагрузки.

Кроме того, тепловые насосы могут обеспечить стабилизацию электросети в контексте декарбонизации энергосистемы, особенно с увеличением доли переменных возобновляемых источников энергии в структуре энергетики.

Технологические решения

Многие производители работают над включением улучшенных возможностей подключения в новые технологии тепловых насосов, но это все еще редко встречается во всем мире. Также необходима дополнительная работа для обеспечения интеллектуального подключения, которое, например, будет использовать алгоритмы обучения и сетевую информацию о спросе / ценах на электроэнергию и прогнозы погоды, чтобы обеспечить большую оперативность оборудования тепловых насосов.

Какие основные инициативы?

Исследования, такие как приложение 42 HPT TCP, изучают, как тепловые насосы могут решать проблемы энергоснабжения, такие как увеличение потребления возобновляемой энергии, поддержание стабильности сети в условиях экстремального холода и обеспечение гибкости для операторов сети.

Параллельно с этим в Приложении 47 HPT TCP изучается синергизм между тепловыми насосами и системами централизованного теплоснабжения 4-го или 5-го поколения для обеспечения рекуперации тепла и использования низкопотенциальных источников тепла. Во многих случаях конструкция и работа различных частей системы (включая распределенные и центральные тепловые насосы) являются ключевыми для максимального использования потенциала гибкости со стороны спроса.

КБ: Air Sealing: отрицательная экономия

Почему моя модель показывает отрицательную экономию на меры по уплотнению воздуха и изоляции?

Автор Адам Стенфтенагель, генеральный директор Snugg Home

ПРИМЕЧАНИЕ. В этой статье подробно рассказывается, почему появляется отрицательная экономия.Тем не менее, самое быстрое решение, вероятно, - включить вентиляцию окон, поэтому сначала ознакомьтесь с этой статьей.

Как вы, наверное, знаете, существует 3 типа теплового движения: теплопроводность, конвекция и излучение. Когда мы герметизируем дом, мы уменьшаем потери тепла за счет конвекции или движения воздуха. Добавляя изоляцию на чердак, стены и т. Д., Мы уменьшаем кондуктивные потери. Радиация - это солнечная энергия, которую мы получаем через окна, когда солнце фактически нагревает внутреннюю часть дома. Излучение также может проходить через непрозрачные поверхности, но с меньшей скоростью.

Во время отопительного сезона изоляция и воздушное уплотнение отлично справляются с задачей удержания тепла от утечки в гораздо более холодные наружные температуры. И в зависимости от SHGC, затенения и ориентации наших окон, мы можем получать больше тепла через окна в виде увеличения излучения, чем теряем через окна, когда солнце не проходит через них. В типичном холодном климате отопительный сезон имеет довольно высокую дельту Т (разницу температур) между внутренней и внешней частью дома.Допустим, температура внутри 70, а снаружи 40… это разница в 30 градусов.

Теперь переключимся на жаркий климат. У вас может быть наружная температура 90 градусов и внутренняя температура 75 градусов. Разница всего 15 градусов. Тепло всегда движется к холоду, поэтому наружный воздух не так старается попасть в дом, как он пытался уйти зимой. Изоляция и воздушное уплотнение определенно помогают удерживать внешнее тепло от попадания в дом, но эти улучшения не так эффективны в сезон охлаждения, как в отопительный сезон.Это гораздо чаще встречается в умеренном климате, но общая точка зрения состоит в том, что дельта охлаждения T меньше, и большая часть охлаждающей нагрузки создается за счет солнечной энергии.

Теперь давайте добавим лучистость к изображению. Если у вас много стекла, которое подвергается воздействию солнца, например, незатененное стекло, выходящее на юг или запад, то через это остекление вы получите намного больше тепла, чем через изоляцию и утечки воздуха. По сути, вы готовите дом через эти окна.Если бы в этой ситуации у нас было меньше изоляции и воздухонепроницаемости, вы бы позволили большему количеству тепла уходить наружу, когда температура меняет направление (сейчас 85 внутри, потому что в доме готовится еда, и 70 снаружи, потому что солнце село и воздух снаружи прохладнее, чем внутри). Это означает, что система охлаждения должна работать даже тяжелее, чем до дополнительной изоляции и герметизации воздуха.

Поэтому, если вы посмотрите на экран показателей в Snugg Pro и выполнили только герметизацию и изоляцию воздуха, вы можете увидеть значительную экономию тепла (для отопительного сезона), но, вероятно, вы можете получить отрицательную экономию в кВтч, потому что кондиционер должен был работать усерднее.Если бы ваша система отопления была тепловым насосом, вы, вероятно, вообще не заметили бы отрицательного числа кВтч, поскольку потери на охлаждение компенсируются выигрышем от нагрева.

Я не призываю из-за этого делать меньше герметизации или изоляции. Как правило, фактическая экономия в долларах все еще существует, потому что экономия тепла перевешивает экономию на охлаждении. Но в условиях с преобладанием похолодания или мягкого климата это может быть не всегда.

ASHRAE Standard 140, более известный в своем приложении как HERS BesTEST, обращается к этому сценарию.Тест позволяет получить отрицательную экономию при сравнении использования отопления в плохо изолированном доме с хорошо изолированным домом. Испытательный полигон находится в Лас-Вегасе, где охлаждающая нагрузка на основе теплопроводности выше, чем в большинстве других регионов страны. В регионах с более низкими летними температурами описанный выше эффект может быть еще больше.

http://www.resnet.us/programs/ASHRAE-Std-140_Results-Form.xlsx

(Посмотрите на строку результатов 26 L120-L100. L120 - изолированный дом, а L100 - базовый дом.«Максимальный диапазон», равный 0,68, показывает, что в диапазоне допускается небольшая отрицательная экономия.)

Итак, что вы можете с этим поделать? Ну, первое, что вы должны подумать, - это включить Window Venting в разделе Window. Делайте это только в том случае, если знаете, что домовладельцы открывают окна в сезон, когда хорошо на улице. Вот статья об этом. Затем убедитесь, что ваша модель верна в нескольких местах. Самая большая проблема - смотреть на солнечные лучи через окна. Есть ли много незатененных остеклений на южной и западной сторонах дома? Есть ли на окнах низкоэмиссионное покрытие? (Вы можете поднести зажигалку к двойному стеклу и посмотреть на 4 отчетливых отражения пламени.Если одно из пламени другого цвета, чем остальные, то это покрытие low-e.) Если окна открыты, то обратите внимание на улучшения, такие как солнечные экраны, окна с низким SHGC или добавление деревьев или других затеняющих устройств. Подобные улучшения обычно приводят к обратному эффекту экономии. Кроме того, если вы установите сверхвысокоэффективную систему охлаждения, вы также можете увидеть обратную экономию.

Также ознакомьтесь с этой статьей о вентиляции окон: https://snuggpro.com/help/article/window-venting


8 Вентиляция, утепление и энергопотребление зданий | Изменение климата, внутренняя среда и здоровье

Preziosi P, Czernichow S, Gehanno P, Hercberg S.2004. Кондиционирование воздуха на рабочем месте и посещаемость медицинских услуг среди французских женщин среднего возраста: проспективное когортное исследование. Международный эпидемиологический журнал 33: 1120-1123.

Rim D, Novoselac A. 2010. Эффективность вентиляции как индикатор воздействия на людей частиц из внутренних источников. Строительство и окружающая среда 45 (5): 1214-1224.

Roosens L, Abdallah MA, Harrad S, Neels H, Covaci A. 2009. Воздействие гексабромциклододеканов (ГБЦД) через прием внутрь пыли, но не с пищей, коррелирует с концентрацией в сыворотке крови человека - предварительные результаты. Перспективы гигиены окружающей среды 117 (11): 1707-1712.

Сеппянен О.А., Фиск В.Дж., Менделл М.Дж. 1999. Связь между интенсивностью вентиляции и концентрацией CO 2 со здоровьем и другими реакциями в коммерческих и институциональных зданиях. Внутренний воздух 9: 226-252.

Shaughnessy RJ, Haverinen-Shaughnessy U, Nevalainen A, Moschandreas D. 2006. Предварительное исследование связи между интенсивностью вентиляции в классных комнатах и ​​успеваемостью учащихся. Внутренний воздух 16 (6): 465-468.

Shaw CY. 1995. Поддержание приемлемого качества воздуха в офисных зданиях с помощью вентиляции. Оттава, Онтарио: Национальный исследовательский совет Канадского института исследований в области строительства.

Шенделл Д.Г., Прилл Р., Фиск В.Дж., Апте М.Г., Блейк Д., Фолкнер Д. 2004. Связь между концентрацией СО2 в классе и посещаемостью студентов в Вашингтоне и Айдахо. Внутренний воздух 14 (5): 333-341.

Шерман М.Х., МакВильямс Дж.2007. Утечка воздуха из домов в США: прогноз модели. Орландо, Флорида: Национальная лаборатория Лоуренса Беркли.

Smedje G, Norbäck D. 2000. Новые системы вентиляции в некоторых школах Швеции - влияние на астму и экспозицию. Архив гигиены окружающей среды 55: 18-25.

Spengler JD. 2010. Личное общение.

Srebric J. 2010. Возможности решетчатых систем зеленого строительства (GB) для улучшения качества воздуха в помещениях и решения меняющихся климатических условий. Вашингтон, округ Колумбия: Управление по охране окружающей среды в помещениях. http://www.epa.gov/iaq/pdfs/jelena_draft_paper_11-4-10.pdf (по состоянию на 18 февраля 2011 г.).

Стенберг Б., Эрикссон М., Хуг Дж, Санделл Дж., Уолл С. 1994. Синдром больного здания (SBS) у офисных работников. Референтное исследование личных, психосоциальных показателей риска и показателей риска, связанного со зданием. Международный журнал эпидемиологии 23 (6): 1190-1197.

Санделл Дж., Линдвалл Т., Стенберг Б., Уолл С. 1994b. Синдром больного здания (SBS) у офисных работников и кожные симптомы на лице у работников VDT в зависимости от характеристик здания и комнаты: два исследования с референтными случаями. Внутренний воздух 4: 83-94.

Санделл Дж., Линдвалл Т., Стенберг Б. 1994a. Связь между типом вентиляции и расходом воздуха в офисных зданиях и риском SBS-симптомов среди жителей. Environmental International 20: 239-251.

Sundell J, Wickman M, Pershagen G, Nordvall SL. 1995. Вентиляция в домах, зараженных домашними клещами. Аллергия 50: 106-112.

Санделл Дж., Левин Х., Назаров В.С., Каин В.С., Фиск В.Дж., Гримсруд Д.Т., Гинтельберг Ф., Ли Й., Персили А.К., Пикеринг А.С., Самет Дж.2011. Уровень вентиляции и здоровье: междисциплинарный обзор научной литературы. Внутренний воздух 21 (3): 191-204.

Wålinder R, Norbäck D, Wieslander G, Smedje G, Erwall C. 1997a. Заложенность носа в связи с низким воздухообменом в школах. Acta Oto-laryngologica 117: 724-727.

Волиндер Р., Норбэк Д., Висландер Г., Смедье Г., Эрвалл С. 1997b. Отек слизистой оболочки носа из-за низкого воздухообмена в школах. Внутренний воздух 7: 198-205.

Wålinder R, Norbäck D, Wieslander G, Smedje G, Erwall C, Venge P. 1998. Проходимость носа и биомаркеры при промывании носа - значение скорости воздухообмена и типа вентиляции в школах. Международный архив гигиены труда и окружающей среды 71: 479-486.

% PDF-1.7 % 769 0 объект > эндобдж xref 769 97 0000000016 00000 н. 0000003416 00000 н. 0000003669 00000 н. 0000003798 00000 н. 0000003856 00000 н. 0000004199 00000 н. 0000004335 00000 н. 0000004466 00000 н. 0000004603 00000 п. 0000004739 00000 н. 0000004870 00000 н. 0000005001 00000 н. 0000005163 00000 п. 0000005307 00000 н. 0000005462 00000 п. 0000005617 00000 н. 0000005772 00000 н. 0000005967 00000 н. 0000006162 00000 п. 0000006357 00000 н. 0000006503 00000 н. 0000006663 00000 н. 0000006956 00000 н. 0000007715 00000 н. 0000008197 00000 н. 0000008499 00000 н. 0000008941 00000 н. 0000009163 00000 п. 0000009341 00000 п. 0000009890 00000 н. 0000010550 00000 п. 0000010799 00000 п. 0000011117 00000 п. 0000011240 00000 п. 0000011631 00000 п. 0000012282 00000 п. 0000012485 00000 п. 0000012780 00000 п. 0000012849 00000 п. 0000012927 00000 н. 0000014478 00000 п. 0000014927 00000 п. 0000015327 00000 п. 0000016725 00000 п. 0000017253 00000 п. 0000017845 00000 п. 0000018206 00000 п. 0000018551 00000 п. 0000019631 00000 п. 0000020317 00000 п. 0000020827 00000 н. 0000021050 00000 п. 0000021357 00000 п. 0000021461 00000 п. 0000022793 00000 п. 0000023860 00000 п. 0000030343 00000 п. 0000035820 00000 п. 0000040830 00000 п. 0000087754 00000 п. 0000121027 00000 н. 0000128662 00000 н. 0000129208 00000 н. 0000129403 00000 н. 0000130764 00000 н. 0000130978 00000 н. 0000132237 00000 н. 0000132483 00000 н. 0000132897 00000 н. 0000132967 00000 н. 0000133381 00000 н. 0000133451 00000 н. 0000133950 00000 н. 0000134039 00000 н. 0000157745 00000 н. 0000157784 00000 н. 0000157842 00000 н. 0000158180 00000 н. 0000158297 00000 н. 0000158418 00000 н. 0000158552 00000 н. 0000158676 00000 н. 0000158812 00000 н. 0000158936 00000 н. 0000159111 00000 п. 0000159231 00000 н. 0000159501 00000 н. 0000159784 00000 н. 0000159973 00000 н. 0000160174 00000 п. 0000160300 00000 п. 0000160541 00000 н. 0000160715 00000 н. 0000160931 00000 н. 0000161141 00000 н. 0000003244 00000 н. 0000002282 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 865 0 объект > поток xb``g`qA ؀,% 2 M] R63vt4? | c7 = '29 uǂ "Of- | 0αXŢ1ql74 \ *% [Z] Nz􂚿UO / O |% 4 / S [I, Mr ~ eXZͦOG \ kNck, 7` ^ # s3iO_ieh 碶 s6!? K8 & Ye2y ق + պ- J > ', yb 氳 OfiLzs_O6Sxrw @ hvG.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *