Ինչո՞ւ է վատանում պոլիամիդային ջերմային կտրուկների ջերմամեկուսացումը և ինչպե՞ս դա ուղղել։

Ջերմափոխանցման գիտությունը և ջերմային ընդհատիչի դերը ալյումինե պատուհաններում

Ջերմային ընդհատումները օգնում են պայքարել ալյումինի շատ բարձր ջերմահաղորդականության դեմ, որն իրականում ավելի քան 1000 անգամ լավ է ջերմություն հաղորդելու մեջ, քան պոլիամիդային նյութերը: Դրանք աշխատում են՝ կանխելով ջերմության ազատ տարածումը շրջանակի կառուցվածքով: Եթե ջերմային ընդհատումներ չկան, ջերմությունը պարզապես տարածվում է այն այսպես կոչված ջերմային կամուրջներով այդ ալյումինե մասերում: Երբ մենք տեղադրում ենք ոչ հաղորդիչ պոլիամիդային նյութից պատրաստված վանդակ, այն էականորեն արգելակում է ջերմության այդ ճանապարհը: Սա նաև մեծ տարբերություն է առաջացնում՝ ներքին և արտաքին մակերեսների միջև ջերմաստիճանային տարբերությունը կրճատելով մոտ 60 տոկոսով՝ համեմատած այն շրջանակների հետ, որոնք այդ ջերմային ընդհատումներն չունեն: 2024 թվականի Ջերմային Կարողությունների զեկույցը սա բավականին gut է ապացուցում:

Պատմությունը իրականում սկսվում է 1970-ականների էներգետիկ ճգնաժամի շրջանում, երբ շենքերը կորցնում էին իրենց ջերմության մոտ քառորդը՝ այն հին ալյումինե պատուհանների միջոցով, որոնք ընդհանրապես մեկուսացում չունեին: Այնուհետև բավականին շատ բան է փոխվել: Այսօրվա ջերմային ընդհատման համակարգերը աշխատում են՝ ստեղծելով միջակայքեր մետաղական շրջանակում, որտեղ ջերմությունը սովորաբար անցնում է ուղիղ միջով: Սա նույնպես մեծ տարբերություն է առաջացնում. հիմնական ալյումինե շրջանակների մոտ U-գործակիցները շատ հաճախ մոտ 1,8 էին, սակայն այժմ դրանք իջել են մոտ 0,30-ի սահմաններում՝ շուկայում առկա ավելի լավ նախագծերի շնորհիվ: Տարբեր կլիմաներում իրականացված փորձարկումների համաձայն՝ այս առաջադեմ համակարգերը վերացնում են պատուհանների շրջանակներով կորցվող ջերմության մոտ 90 տոկոսը: Եվ ամենալավ մասն այն է, որ դրանք կառուցվածքային առումով ամուր են մնում՝ չնայած բոլոր այս բարելավումներին:

Ինչու՞ են պոլիամիդային շերտերը կարևոր շենքերում էներգիայի կորստի նվազեցման համար

Պոլիամիդը 0,29 Վտ/մԿ կարգավորման ջերմահաղորդականություն է ցուցաբերում, իսկ ալյումինը՝ 209 Վտ/մԿ, ինչը պոլիամիդը դարձնում է ջերմային ընդհատումների կոնստրուկցիաներում մեկուսացման համար նախընտրելի ընտրություն: Նյութը շենքերի ալյումինե մասերի ներսում և դրսում աշխատում է որպես արգելակ, նվազեցնելով ջերմության փոխանցումը, որն այլ կերպ կկորցվեր կոնստրուկցիայի միջով: Ինչպես ցույց են տվել 2023 թվականի «Էներգահամարձրության զեկույցի» վերջերս հրապարակված հետազոտությունները, այս տեսակի ջերմային արգելակներ տեղադրած առևտրային շենքերում տաքացման և սառեցման պահանջները սովորաբար 30 տոկոսով ցածր են հին շենքերի համեմատ՝ առանց ճիշտ մեկուսացման: Այս կարգավորման արդյունավետության տարբերությունը ժամանակի ընթացքում իրական տնտեսություններ է ապահովում սեփականատերերի համար:

Նյութը, որը 25% ծավալով հզորացված է ապակեթելով (PA66GF25), դիմադրում է ջերմային ընդարձակման լարվածությանը՝ ապահովելով մեկուսացման ամբողջականությունը: 2022 թվականի վերլուծությունը, որը կատարվել է 150 առևտրային շենքերի վերաբերյալ, ցույց է տվել, որ PA66GF25-ով ապահովված շինությունները տարեկան ստացել են 740,000 դոլարի չափով էներգակրճատում՝ համեմատած ավանդական միայն ալյումինե շրջանակների հետ (Ponemon 2023):

PA66GF25-ի նյութական թերություններ, որոնք վատթարացնում են ջերմային մեկուսացումը

PA66GF25 գրանուլաների վատ չորացում և սպասարկում, որը հանգեցնում է խոռոչների և աղտոտվածության

Երբ PA66GF25 գրանուլները պարունակում են 0,2 %-ից ավելի խոնավություն՝ էքստրուդիրովանդակման նախքան, մշակման ընթացքում հակված են գոլորշիանալու: Սա առաջացնում է 50 միկրոնից մեծ փոքր ճեղքեր, որոնք դառնում են ջերմության փոքր մայրուղիներ: 2022 թվականին որևէ տեղ հրապարակված մեկ ուսումնասիրություն՝ պոլիմերային ինժեներական ամսագրերում, ցույց տվեց, որ այդ տեսակի խոռոչները երբեմն կարող են կիսով չափ նվազեցնել մեկուսացման արդյունավետությունը: Եվ ապա կա նաև այն, թե ինչ է տեղի ունենում, երբ նյութերը ճիշտ չեն պահվում կամ անտեսանելի ձևով են մշակվում: Կուտակվում է փոշի՝ այլ ոչ ցանկալի նյութերի հետ միասին, խանգարելով նյութի համասեռությանը և դարձնելով այն շատ ավելի արագ ջերմություն հաղորդող, քան նախատեսված էր:

Անհամասեռ ապակու մանրաթելերի տարածումը և կոտրվածքները, որոնք ազդում են մեկուսացման արդյունավետության վրա

Ապակե մանրաթելերը ճիշտ ձևով տարածելն ունի հսկայական նշանակություն, երբ խոսքը տաքության փոխանցումը դաժան ուղիներով արգելակելու մասին է: Երբ արտադրողները նյութեր են խառնում, հաճախ առաջանում են խնդիրներ, եթե խառնման ընթացքում սղոցման ուժը բավարար չէ կամ եթե էքստրուդերը չափազանց արագ է աշխատում: Այս խնդիրները հանգեցնում են նրան, որ մանրաթելերը կոտրվում են՝ չհասնելով իրենց իդեալական 500 միկրոմետրանոց երկարությանը: Ինչպես նշված է անցյալ տարի Materials Performance Journal-ում հրապարակված հետազոտության մեջ, մանրաթելերի կույտերը իրականում մի քառորդով ավելացնում են ջերմահաղորդականությունը՝ համեմատած լավ տարածված մանրաթելերի հետ: Սա նյութում ստեղծում է խնդրահարույց հատվածներ, որտեղ ջերմությունը կարճ ճանապարհներ է գտնում այն արգելակի շուրջ, որը պետք է արդյունավետ պատնեշ լիներ:

Նյութերի խառնուրդները և դրանց անմիջական ազդեցությունը ջերմային արգելակման արդյունավետության վրա

Փոքրիկ մետաղական կտորներ կամ սխալ տեսակի պլաստմասսաներ, որոնք խառնվում են վերամշակված PA66GF25-ին, կարող են պատահաբար ստեղծել հաղորդական ուղիներ այնտեղ, որտեղ չպետք է լինեն: Ֆրաունհոֆերի ինստիտուտում 2021 թվականին կատարված ուսումնասիրությունը ցույց տվեց մի բավականին շոշափողական փաստ. զանգվածով ընդամենը 2% աղտոտվածությունը ներուժի մեկուսացման հատկությունները նվազեցնում է մոտ 30%: Իսկ այն հրդեհադիմացկան ավելացուցիչները, որոնք վատ են խառնվում, ուղղակի ձևավորում են կուտակումներ որոշակի տեղերում, ինչը թուլացնում է նյութերի ջերմափոխանցման դիմադրությունը: Սակայն մաքրությունը պահպանելը հեշտ չէ: Արտադրողները պետք է շատ զգոն լինեն իրենց հումքի բաղադրության նկատմամբ և արտադրության ընթացքում սպեկտրային վերլուծության միջոցով անընդհատ համակարգ ունենան որակի վերահսկման համար:

Էքստրուդիրովանդակման գործընթացի թերություններ և ձևի ճշգրտության հետ կապված խնդիրներ

Ջերմային կատարողականի վրա ազդող կարևորագույն էքստրուդիրովանդակման պարամետրեր

Բարձր ճշգրտությամբ կոնտրոլ պահանջվում է խցիկի ջերմաստիճանի (±5°C շեղում), ճնշման և էքստրուդիրովանդակման արագության նկատմամբ: Ջերմաստիճանի տատանումները փոխում են PA66GF25-ի վիսկոզությունը, նպաստում են միկրոռետինների առաջացմանը և մինչև 18% աճեցնում ջերմային հաղորդականությունը (Պոլիմերային ինժեներիայի ուսումնասիրություններ, 2023): Օպտիմալ պտուտաչափությունը (40–60 պտ/րոպ) ապահովում է մանրաթելերի հավասարաչափ բաշխումը. ավելի բարձր արագությունները կարող են առաջացնել մանրաթելերի կոտրվածքներ, ինչը նվազեցնում է մեկուսացման հատկությունները:

Կառուցվածքային և մեկուսացման սխալներ առաջացնող մոլդի նախագծման սխալներ

Մոլդի մակերեսի խոտորությունը 1.6 µm-ից ցածր լինելու դեպքում նվազագույնի է հասցնում ջերմափոխանցման հնարավոր ճանապարհները: Սխալ համակենտրոնացված մոլդի կեսերը կարող են առաջացնել 0.2–0.5 մմ լայնությամբ ճեղքեր, որոնք թույլ են տալիս ջերմային կամուրջների առաջացում՝ պատասխանատու լինելով մինչև 14% էներգիայի կորստի համար: Վերջավոր տարրերի վերլուծության (FEA) սիմուլյացիաները ցույց են տալիս, որ 1°-ից ցածր թեքության անկյունները մնացորդային լարվածությունը 22%-ով ավելացնում են, ինչը սպառնում է մեկուսացման երկարաժամկետ կայունությանը:

Ջերմային կամուրջի արդյունավետությունը նվազեցնող հաճախ հանդիպող արտադրական սխալներ

• Հոսքի գծեր : Անհավասարաչափ սառեցումը ստեղծում է հաղորդական անցքեր, որոնք բարձրացնում են U-արժեքները 0.12 Վտ/մ²Կ-ով
• Աղբյուրի հետքեր : 0.3–1.2 մմ խորության անջատումները խախտում են ջերմային անընդհատությունը՝ համարժեք 9% մեկուսացման կորստի
• Ջերմային կոնտրակցիա : Օձիքի վերահսկողության վատ կառավարումը հանգեցնում է 2–4% չափային փոփոխությունների՝ մետաղի մետաղի շփման ռիսկով

Ընդհանուր առմամբ, այս թերությունները բաղկացնում են դաշտային կլիմայում ջերմային անջատման վաղաժամկետ անսարքությունների 63%-ը (2022 շենքերի պատյանի հետազոտություն)

Ջերմային անջատման համակարգերում նախագծման և արդյունավետության փոխզիջումներ

Մեխանիկական ամրության և ջերմամեկուսացման հավասարակշռում PA66GF25 շերտերում

PA66GF25-ն առերես է մեխանիկական ամրության և մեկուսացման միջև փոխզիջման հարցին: Չնայած 25% ապակու մանրաթելի ամրացումը սեղմման ամրությունը բարձրացնում է մինչև 12,000 ֆունտ/քառ. դյույմ (2022 թ. նյութի կայունության զեկույց), սա ջերմահաղորդականությունը 18–22% -ով ավելացնում է լցված պոլիամիդի համեմատ: Ճարտարագետները սա հաղթահարում են՝

• Աստիճանավոր մանրաթելի բաշխում – մանրաթելերի կենտրոնացում բեռնվածություն կրող գոտիներում
• Հիբրիդ պոլիմերային խառնուրդներ ՝ ներառյալ 8-12% էլաստոմերներ՝ ճկունությունը բարձրացնելու համար
• Միկրոբջջային փրփուրացում ՝ 30–50 մկմ օդային պարկերի տեղադրում՝ ջերմափոխանցման կրճատման համար

Այս մոտեցումը պահպանում է նյութի կառուցվածքային հզորության 85%-ը՝ պատուհանի հավաքակազմի U-արժեքները հասցնելով 1,0 Վտ/մ²Կ-ից ցածր:

Պատուհանի շրջանակների նախագծային թերություններ, որոնք շրջանցում են ջերմային կամուրջը

NFRC 2023 տվյալները ցույց են տալիս, որ առևտրային տեղադրումների մինչև 34%-ն ունի թերություններ, որոնք վատթարացնում են ջերմային կամրջի արդյունավետությունը.

1. Շրջանակի էքստրուդների սխալ դասավորություն որն առաջացնում է ուղղակի մետաղ-մետաղ կոնտակտ
2. Չափից ավելի մեծ ամրացման միջոցներ որոնք թափանցում են մեկուսացման շերտը
3. Անբավարար պտուտակի տեղադրում կոնվեկտիվ ջերմային օղակների ակտիվացում

Ուղղիչ ռազմավարությունների մեջ են ներառված լազերային հարթության հարմարեցման գործիքները և ASTM E283/E331-ստուգված ճնշման փորձարկումը՝ ջերմային խցակային շերտի անընդհատությունը հաստատելու համար: Ճիշտ իրականացված համակարգերը ցույց են տալիս 29–37% ավելի ցածր էներգիայի կորուստ ցածր ջերմաստիճանների փորձարկումների ժամանակ:

Ջերմային խցակային շերտի արդյունավետությունը բարելավելու ապացուցված լուծումներ

PA66GF25-ի համար նյութի պատրաստման և չորացման գործընթացի օպտիմալացում

80–90°C ջերմաստիճանում 4–6 ժամ արդյունավետ չորացումը նվազեցնում է գրանուլների խոնավությունը 0,1%-ից ցածր՝ էքստրուդիրովան ընթացքում գոլորշու պարկերի առաջացումը կանխելու համար: Ավտոմատացված տեղափոխման համակարգերը և կնքված պահեստավորումը նվազեցնում են աղտոտվածությունը: Այս օպտիմալացված գործընթացները վերջնական արտադրանքներում ջերմային դիմադրությունը բարձրացնում են 12–15%:

Բարձրակարգ ձևի նախագծում և ճշգրիտ էքստրուդիրովային կառավարման տեխնիկա

±0,05 մմ-ի չափահարթություն ապահովող ձևերը օգնում են պահպանել հաստատուն ձևեր, ինչը շատ կարևոր է, երբ պետք է կանխարգելել ցանկալի չջերմության տեղափոխումը: Ժամանակակից համակարգերը անընդհատ վերահսկում են 240-ից 260 աստիճան Ցելսիուս ջերմաստիճաններով փողակների և 25-ից 35 պտույտ րոպեում պտտման արագությամբ պտուտակների պայմանները: Սա օգնում է պահել հալված նյութը մշակման համար ճիշտ համարժեք վիճակում: Այնուհետև գալիս է սառեցման փուլը, երբ շերտերը մեկ առ մեկ սառեցվում են տաք 180 աստիճանից մինչև կառավարելի 60 աստիճան: Այս աստիճանական մոտեցումը կրճատում է այն ներքին լարվածությունները, որոնք առաջանում են արտադրությունից հետո մասերի դեֆորմացիան: Բոլոր այս մեթոդները միասին օգտագործելով՝ ջերմային կամուրջների խնդիրների հավանականությունը իրականում 40 տոկոսով իջնում է այն համեմատությամբ, երբ օգտագործվում են ավելի հին արտադրության մեթոդներ:

Ջերմային և կոնստրուկտիվ կատարողականի ստուգման որակի վերահսկում

Հիմնական վավերացումը ներառում է՝

1. Կարմիր ճառագայթային թերմոգրաֆիա հայտնաբերելու մակերեսի ջերմաստիճանի տարբերությունը (ΔT ≥ 2°C)
2. Մեխանիկական ծանրաբեռնվածության փորձարկում ստուգելով ձգման ամրությունը՝ 8–10 կՆ
3. Արագացված ծերացման փորձարկումներ համոզվելով, որ 20 տարվա ընթացքում մեկուսացման վատթարացումը 5 %-ից պակաս է

Ավտոմատացված լազերային սկանավորումը նույնականացնում է 0,3 մմ-ից ավելի լայն ճեղքեր, իսկ խմբաքանակի նմուշառումը համապատասխանում է EN 14024 ստանդարտներին՝ վավերացված ջերմային արգելակման արդյունավետության համար