И. С. Каммерер [306, 409], а затем О. Кришер и Г. Рональтер [410, 411] показали, что такой метод не может быть принят для расчета λ других материалов, у которых капиллярная пористость более развита. По их мнению, на теплопроводность материала в большей степени влияет характер распределения влаги, чем общее его влагосодержание. В. Н. Богословский [412] изменение λ в широких пределах для близких по объемной массе изоляционных материалов связывает с конфигурацией фронта фазовых превращений влаги, который формируется в зависимости от характера пористости материала.

Рисунок 6.10

Согласно Ф. Шиллу [1], при малом водопоглощении пеностекла повышение λ пропорционально объемному водопоглощению. Приведенные им из работы Ф. Рейдла [397] данные об изменении λ в зависимости от объемного водопоглощения в некоторой степени подтверждают это предположение. Однако такая закономерность прослеживается лишь при небольших значениях влажности в области положительной температуры. При отрицательной — наблюдается нелинейная зависимость, что, по мнению В. Н. Богословского [412], связано с фазовыми превращениями влаги в порах. Автор объясняет это тем, что при фазовых превращениях влаги в материале расходуется теплота плавления и испарения или выделяется теплота льдообразования и конденсации, количественное соотношение которых влияет на изменение теплофизических характеристик материала.

В институте «Теплопроект» исследовали теплопроводность пеностекла с замкнутыми ячейками при различной степени водонасыщения (рис. 6.10). Полученные результаты сопоставлялись с аналогичными данными для строительного пеностекла промышленного изготовления (рис. 6.11). В результате изучения зависимости λ=f(W) в различных температурных условиях (+20, —20, —70 и —180 °С) установлено, что λ при положительной температуре повышается с увеличением влаги по закону насыщения λ = аеbW + с, (6.11), где а,b,с - эмпирические коэффициенты, различные для каждого вида пеностекла.

Изменения λ пеностекла при отрицательной температуре более сложны. Коэффициент теплопроводности влагозащитного пеностекла возрастает с повышением его влажности, однако эта зависимость имеет различный характер для изученных температур. При положительной температуре Я возрастает от 0,05 до 0,073 ккал/(м-ч-°С) с увеличением его влажности от 0 до 4,25%, при более значительном увлажнении λ опытного пеностекла не исследовано, так как данная величина влажности оказалась максимальной для самых некачественных образцов. Если принять зависимость линейной, скорость роста коэффициента теплопроводности dλ/dW составит 0,005 ккал/(м-ч-°С)% объема.

Зависимость коэффициента теплопроводности строительного пеностекла от водонасыщения

При —70 °С наблюдается линейный характер изменения λ опытного пеностекла, он возрастает с увлажнением в интервале 0,04—0,045 ккал/ (м-ч-°С), при этом dλ/dW= 0,001 ккал/(м-ч-°С)% объема.

При —180°С λ пеностекла возрастает с его увлажнением (0,03—0,041 ккал/(м- ч-°С)). Средний градиент роста теплопроводности при повышении влажности составляет 0,003 ккал/(м-ч- С) % объема, т. е.:

Средний градиент роста теплопроводности при повышении влажности составляет 0,003 ккал/(м-ч- С) % объема

Промышленное пеностекло в изученном интервале температуры имеет различный характер изменения λ в зависимости от влажности (рис. 6.11). При +20°С λ пеностекла возрастает от 0,065 ккал/(м-ч-°С) при нулевой влажности до 0,32 ккал/(м-ч-°С) при влажности 48%; зависимость λ = f(W) можно считать линейной, и градиент роста теплопроводности пеностекла при его увлажнении составляет 0,005 ккал/(м-ч-°С) на 1% влажности. При понижении температуры до —70 °С λ пеностекла в воздушно-сухом состоянии уменьшается до 0,051 ккал/(м-ч-°С), однако насыщение его влагой приводит к более интенсивному росту теплопроводности, в результате при влажности ~34% λ+20° = λ-70°.

Зависимость имеет при -180°С вид вогнутой кривой, т. е. скорость роста λ непрерывно увеличивается, и при влажности около 43% пеностекло имеет одинаковую теплопроводность при +20 и -180°С — 0,28 ккал/(м-ч-°С).

Эту закономерность изменения λ можно объяснить замерзанием воды в микропорах при —50 °С, а также образованием в них не льда, а инея, λ которого меньше, чем для воды [50, 413,414].

По мнению А. В. Лыкова [404], вода, связанная с капиллярнопористым телом, при отрицательных температурах может быть в виде льда, переохлажденной жидкости или пара. В зависимости от вида связи воды с телом температура замерзания ее изменяется в широких пределах и по-разному влияет на изменение λ. Второй специфической особенностью массо- и теплопереноса в капиллярнопористых телах является частичное заполнение влагой пор и капилляров жидкостью или льдом, а остальной части — парогазовой смесью. Концентрация этих видов влаги в процессе массо- и теплопереноса изменяется и вносит соответствующие поправки в λ материала [403]. Однако во всех случаях фронт фазовых превращений влаги формируется в зависимости от структуры пеностекла. Поэтому, рассматривая зависимость λ=f(W), следует учитывать не только наличие влаги в материале и ее агрегатное состояние, но и ее распределение по объему [415—418].

Для влагозащитного пеностекла, у которого влага локализируется преимущественно на поверхности в открытых порах, изменение λ при положительной температуре может быть выражено линейной зависимостью λt0t. При отрицательных температурах эта зависимость выражается параболической функцией общего вида:

λ = λ0 + bt + ct2 + ... (6.12).

Кривизна линий, выражающих зависимость λ=f(W), увеличивается по мере снижения температуры и повышения содержания влаги (рис. 6.10 и 6.11), что, очевидно, связано с возрастанием в ячейках вакуума, способствующего подтягиванию через систему микрокапилляров дополнительных порций влаги внутрь. Последняя, оседая на внутренних стенках ячеек в виде инея или небольших кристалликов льда, повышает тепломассоперенос. Механизм подсоса влаги активизируется по мере снижения температуры в системе. Поэтому может наступить период, когда весь объем ячейки будет заполнен льдом или инеем. В этом случае рост λ будет более значительным за счет образования мостиков холода.

Для строительного пеностекла с повышенным исходным водопоглощением процесс заполнения ячеек льдом или инеем ускоряется за счет капиллярного подтягивания влаги. Поэтому зависимость λ=f(W) более сложная.

СТРАНИЦЫ: