Რა იწვევს ცუდ თერმულ იზოლაციას პოლიამიდის თერმული შესვენების ზოლებში და როგორ შეიძლება ამის გასწორება?

Თბოგადაცემის მეცნიერება და თერმული შეჩერების როლი ალუმინის ფანჯრებში

Თერმული შეჩერებები ხელს უწყობს ალუმინის სითბური გამტარობის წინააღმდეგ, რომელიც სითბოს გადაცემაში 1000-ჯერ მეტია, ვიდრე პოლიამიდური მასალები. ისინი მუშაობენ იმით, რომ ხელს უშლიან სითბოს თავისუფალ გადაადგილებას კონსტრუქციის ჩარჩოში. თუ თერმული შეჩერებები არ არის დაყენებული, სითბო უშუალოდ გადადის იმ ალუმინის ნაწილებში, რასაც თერმული ხიდები ეწოდება. როდესაც ჩვენ ადგენთ ბარიერს არაგამტარი პოლიამიდური მასალისგან, ის ძირეულად აფარებს სითბოს გადაცემის გზას. ეს ასევე მნიშვნელოვნად ამცირებს შიდა და გარე ზედაპირებს შორის ტემპერატურულ სხვაობას დაახლოებით 60%-ით, თუ შევადარებთ იმ ჩარჩოებს, რომლებსაც არ აქვთ ეს თერმული შეჩერებები. 2024 წლის თერმული შესრულების ანგარიში კარგად ადასტურებს ამას.

Ისტორია ნამდვილად იწყება 1970-იანებში, ენერგეტიკული კრიზისის პერიოდში, როდესაც შენობები თავისი სითბოს დაახლოებით მეოთხედს კარგავდნენ ძველი ალუმინის ფანჯრების გამო, რომლებსაც საერთოდ არ ჰქონდათ თბოიზოლაცია. მაშინდელი დროიდან ბევრი იცვალა. დღევანდელი თბოგამძლის სისტემები მუშაობს მეტალის ჩარჩოში ისეთი სივრცეების შექმნით, სადაც სითბო ჩვეულებრივ პირდაპირ გადადის. ეს საკმაოდ დიდ განსხვავებას ქმნის - საწყისი ალუმინის ჩარჩოების U-ფაქტორი დაახლოებით 1.8 იყო, მაგრამ ახლა უკეთესი კონსტრუქციების შემთხვევაში ის დაეცა დაახლოებით 0.30-მდე. სხვადასხვა კლიმატურ პირობებში ჩატარებული სამუშაო ტესტების მიხედვით, ამ თანამედროვე სისტემებმა ფანჯრის ჩარჩოების მეშვეობით გამავალი სითბოს დაახლოებით 90 პროცენტი შეამცირა. და ყველაზე კარგი ის არის, რომ ყველა ამ გაუმჯობესების მიუხედავად ისინი მაინც სტრუქტურულად მყარად რჩებიან.

Რატომ არის პოლიამიდური ზოლები მნიშვნელოვანი შენობებში ენერგიის დანაკარგის შესამცირებლად

Პოლიამიდის თერმული გამტარუნარიანობა შეადგენს დაახლოებით 0.29 ვტ/მკ, ხოლო ალუმინის შემთხვევაში ეს მაჩვენებელი 209 ვტ/მკ-ია, რაც პოლიამიდს აქცევს თერმული შეფრენის დიზაინებისთვის იზოლაციის პირველ რიგის არჩევანად. მასალა აღმოჩნდება შენობის შიდა და გარე ალუმინის ნაწილებს შორის ბარიერის სახით, რაც ამცირებს სითბოს გადაცემას, რომელიც წინააღმდეგ შემთხვევაში სტრუქტურის მეშვეობით გამოილენდებოდა. კომერციული საკუთრებები, რომლებშიც ამ თერმულ შეფრენებს აყენებენ, საშუალოდ 30%-ით ამცირებენ გათბობისა და გაგრილების საჭიროებებს უახლესი კვლევის მიხედვით, რომელიც 2023 წლის ენერგოეფექტურობის დასკვნებზე დაფუძნებულია, უფრო ძველი შენობების შედარებით, სადაც არ არის შესაბამისი იზოლაცია. ასეთი შესრულების სხვაობა დროთა განმავლობაში საკუთრების მფლობელებისთვის რეალურ ეკონომიას უზრუნველყოფს.

Მასალა, რომელიც 25%-ით გაძლიერებულია მინის ბოჭკვით (PA66GF25), წინააღმდეგდება თერმული გაფართოების დატვირთვებს იზოლაციის მთლიანობის შეუხებლად. 2022 წლის ანალიზი, რომელიც მოიცავს 150 სავაჭრო შენობას, აჩვენებს, რომ PA66GF25-ით აღჭურვილ სტრუქტურებში წლიურად ეკონომდებოდა საშუალოდ 740,000 დოლარი ენერგიის ხარჯებზე ტრადიციულ მხოლოდ ალუმინის ჩარჩოებთან შედარებით (Ponemon, 2023).

PA66GF25-ში მასალის ნაკლოვანებები, რომლებიც ზიანებს თერმულ იზოლაციას

PA66GF25 გრანულების ცუდი გამშრავი და მოვლა, რომელიც იწვევს ღრუებს და დაბინძურებას

Როდესაც PA66GF25 გრანულები შეიცავს 0,2%-ზე მეტ ტენიანობას ექსტრუზიის წინ, ისინი მუშავების დროს მარილდება. ეს ქმნის 50 მიკრონზე მეტ პატარა ღრუებს, რომლებიც თბოსთვის პატარა ავტომაგისტრალებს წარმოადგენენ. 2022 წელს პოლიმერული ინჟინერიის ჟურნალებში გამოქვეყნებულმა კვლევამ აჩვენა, რომ ასეთი სახის ღრუები ზოგჯერ შეიძლება იზოლაციის ეფექტურობა თითქმის ნახევრამდე შეამციროს. შემდეგ კი არსებობს ის, რაც მასალების არასწორად შენახვის ან უფრთხილოდ მოპოვების შედეგად ხდება. მიერთდება მტვერი და სხვა нежელადობის ნივთიერებები, რაც არღვევს მასალის ერთგვაროვნებას და გაცილებით უფრო სწრაფად ატარებს თბოს, ვიდრე იყო განკუთვნილი.

Არაერთგვაროვანი გამყოფი ბოჭკოების გავრცელება და გატეხვა, რაც ზეგავლენას ახდენს იზოლაციის საშებზე

Იმის უზრუნველყოფა, რომ მინის ბოჭკოები სწორად გავრცელდეს, მნიშვნელოვნად განსხვავდება თერმული გადაცემის აღკვევის შესაძლებლობით მრუგი გზებით. როდესაც მწარმოებლები ამზადებენ მასალებს, ხშირად წარმოიშვება პრობლემები, თუ არ არის საკმარისი ძვრის ძალა შერევის დროს ან თუ ექსტრუდერი ზედმეტად სწრაფად მუშაობს. ეს პრობლემები ხშირად იწვევს ბოჭკოების გაწყვეტას მათი 500 მიკრომეტრიანი ოპტიმალური სიგრძის შესაბამისად. მასალების შესრულების ჟურნალში წინა წელს გამოქვეყნებული კვლევის თანახმად, ბოჭკოების კლასტერები თერმულ გამტარობას ზრდის დაახლოებით მეოთხედით, შედარებით კარგად განაწილებულ ბოჭკოებთან. ეს ქმნის პრობლემურ ზოლებს მასალაში, სადაც თერმული ენერგია პოულობს შემოკლებულ გზებს იმის გარშემო, რაც უნდა იყოს ეფექტური ბარიერი.

Მასალის არასუფთაობა და მისი პირდაპირი გავლენა თერმული შეჩერების ეფექტიანობაზე

Გამოყენებული PA66GF25-ში მინიატურული ლღობის ნაწილების ან არასწორი სახის პლასტმასის შერევა შეიძლება შემთხვევით შექმნას კონდუქციური გზები, სადაც ისინი არ უნდა იყოს. 2021 წელს Fraunhofer-ის ინსტიტუტში ჩატარებულმა კვლევამ ფაქტობრივად რამე შთამბეჭდავი გამოავლინა. მხოლოდ 2% მინარევი წონით იწვევს იზოლაციის თვისებების დაბრუნებას დაახლოებით 30%-ით. ხოლო ის ანტიპიროლიზატორული დანამატები, რომლებიც ცუდად არიან შერეული? ისინი ტენდენცია აქვთ განსაზღვრულ ადგილებში გროვდებოდნენ, რაც ამცირებს მასალის თბოგამტარობის წინააღმდეგ წინააღმდეგობის მაჩვენებელს. თუმცა სისუფთავის შენარჩუნება არ არის მარტივი. მწარმოებლებს საჭირო აქვთ მკაცრად აკონტროლონ რა შედის მათ ნედლეულში და წარმოების მსვლელობის მანძილზე სპექტროგრაფიული ანალიზის საშუალებით უწყვეტლად აკონტროლონ ხარისხი.

Ექსტრუზიის პროცესის ნაკლოვანებები და ფორმის სიზუსტის პრობლემები

Თბოგამტარობის მახასიათებლებზე გავლენას მოახდენენ კრიტიკული ექსტრუზიის პარამეტრები

Აუცილებელია ბორბოლის ტემპერატურის (±5°C გადახრით), წნევის და გამოტანის სიჩქარის ზუსტი კონტროლი. ტემპერატურის რყევები ცვლის PA66GF25-ის სიბლანტეს, რაც უწყობს ხელს მიკროსივრცეების წარმოქმნას და ზრდის თერმულ გამტარობას მაქსიმუმ 18%-ით (პოლიმერული ინჟინერიის კვლევები, 2023). ოპტიმალური შემობურღვის სიჩქარე (40–60 RPM) უზრუნველყოფს ბოჭკეების თანაბარ განაწილებას; უფრო მაღალმა სიჩქარემ შეიძლება გამოიწვიოს ბოჭკეების გატეხვა, რაც ამცირებს იზოლაციის სიმძლავრეს.

Იზოლაციისა და სტრუქტურული დეფექტების მიზეზი ხდება მოლდის დიზაინის შეცდომები

Მოლდის ზედაპირის ხრტილობა 1.6 µm-ზე ნაკლები მინიმუმამდე ამცირებს სითბოს გადაცემის პოტენციურ გზებს. მოლდის ნახევრების არასწორმა გამყარებამ შეიძლება შექმნას 0.2–0.5 მმ-იანი სივრცეები, რაც სითბური ხიდების წარმოქმნას უზრუნველყოფს და პასუხისმგებელია ენერგიის დაკარგვის 14%-მდე. სასრული ელემენტების ანალიზის (FEA) სიმულაციები აჩვენებს, რომ 1°-ზე ნაკლები დრაფტის კუთხეები ზრდის დანარჩენ დაძაბულობას 22%-ით, რაც საფრთხეს უქმნის გრძელვადიან იზოლაციის სტაბილურობას.

Ხშირად გამოვლენილი წარმოების დეფექტები, რომლებიც ამცირებს თერმული შეჩერების ეფექტურობას

• Დინების ხაზები : არაერთგვაროვანი გაგრილება ქმნის გამტარ არხებს, რაც ამატებს U-მნიშვნელობებს 0.12 W/მ²K-ით
• Სუნკების ნიშნები : 0.3–1.2 მმ-იანი დეპრესიები არღვევს თერმულ უწყვეტობას, რაც თერმული იზოლაციის 9%-იან კარგვას შეესაბამება
• Თერმული შეკუმშვა : ცუდად დახვეწილი გაგრილების კონტროლი ზომებში 2–4%-იან ცვლილებებს იწვევს, რისკი ქმნის ლღობის კონტაქტის წარმოქმნისას

Ეს დეფექტები ერთად ადგენს თერმული შეჩერების 63%-ს ზომიერი კლიმატის პირობებში (2022 წლის შენობის გარსის კვლევა).

Თერმული შეჩერების სისტემებში დიზაინისა და სიმძლავრის კომპრომისი

Მექანიკური სიმტკიცისა და თერმული იზოლაციის დატენიანება PA66GF25 ზოლებში

PA66GF25-ს აქვს მექანიკური სიმტკიცისა და თერმული იზოლაციის შორის კომპრომისი. 25%-იანი მინერალური ბოჭკოვანი ამაღლება ამატებს შემადგენლობას შეკუმშვის სიმტკიცეს 12,000 psi-მდე (მასალის სტაბილურობის ანგარიში 2022), მაგრამ ზრდის თერმულ გამტარობას 18–22%-ით შევსებული პოლიამიდის შედარებით. ინჟინრები ამის გადასაჭრელად იყენებენ:

• Სტუმრის განაწილება – ბოჭკოვანი მასალის კონცენტრირება მაღალი დატვირთვის ზონებში
• Ჰიბრიდული პოლიმერული ნარევები – ელასტომერების 8–12%-ის შემავალობა ელასტიურობის გასაუმჯობესებლად
• Მიკროუჯრედისებური ბუშტუკი – ჰაერის 30–50 მკმ-იანი ბუშტუკების ჩაფლანგვა თბოგადაცემის შესამსუბუქებლად

Ეს მიდგომა შეინახავს მასალის სტრუქტურული მაჩვენებლის 85%-ს, რაც სარკმლის კონსტრუქციის შესაბამის U-მნიშვნელობას ქმნის 1.0 ვტ/მ²კ-ზე ნაკლებს.

Სარკმლის ჩარჩების დიზაინის ნაკლოვანებები, რომლებიც ავიწროებენ თბოიზოლაციის შესვენებას

NFRC 2023 წლის მონაცემები აჩვენებს, რომ კომერციული მონტაჟის 34%-მდე შეიცავს ნაკლოვანებებს, რომლებიც ასუსტებენ თბოიზოლაციის შესვენების მუშაობას:

1. Ჩარჩის პროფილების არასწორი განლაგება იწვევს პირდაპირ ლითონის კონტაქტს ლითონთან
2. Ზომის მიღმა მყარი ელემენტები იკვებენ იზოლაციის ზოლს
3. Არასაკმარისი ბორბოლის განთავსება კონვექციური სითბური მიმოქცევის შესაძლებლობის უზრუნველყოფა

Შესწორების სტრატეგიები შეიცავს ლაზერული მიმართულების საშუალებებს და ASTM E283/E331-დად დამტკიცებულ წნევის ტესტირებას, რათა დადასტურდეს სითბური ბარიერის უწყვეტობა. სწორად განხორციელებული სისტემები ცივ კლიმატურ გამოცდებში აჩვენებენ 29–37% ნაკლებ სითბოს დანაკარგს.

Სითბური შეჩერების ეფექტიანობის გაუმჯობესების დამტკიცებული ამონაწურები

PA66GF25-ის მასალის მომზადებისა და გამშრობის პროცედურების ოპტიმიზაცია

80–90°C ტემპერატურაზე 4–6 საათის განმავლობაში ეფექტური გამშრობა გრანულის ტენიანობას ამცირებს 0,1%-ზე დაბალ მაჩვენებლამდე, რაც წარმოების დროს წყლის ორთქლის ჩაღლილობის წარმოქმნას ახშობს. ავტომატიზირებული ტრანსპორტირების სისტემები და დახურული შენახვა მინიმუმამდე ამცირებს დაბინძურებას. ასეთი ოპტიმიზირებული პროცედურები საბოლოო პროდუქებში სითბურ წინაღმდეგობას 12–15%-ით ამაღლებს.

Განუვითარებული ფორმის დიზაინი და ზუსტი ექსტრუზიის კონტროლის ტექნიკები

Მოულდები, რომლებიც ახერხებენ ზუსტ დაშვებებს ±0.05მმ-ის გარშემო, ხელს უწყობს მუდმივი ფორმის შენარჩუნებას, რაც საკმაოდ მნიშვნელოვანია არასასურველი თბოგადაცემის აღკვეთისას. თანამედროვე სისტემები უწყებს მუდმივ მონიტორინგს 240-დან 260 გრადუს ცელსიუსამდე მილის ტემპერატურის და 25-დან 35 ბრუნამდე საპირის ბრუნვის სიჩქარის შესახებ. ეს ხელს უწყობს დნობილი მასალის დამუშავებისთვის საჭირო იდეალური კონსისტენციის შენარჩუნებას. შემდეგ მოდის გაგრილების ფაზა, როდესაც ზოლები ნაბიჯ-ნაბიჯ გაიცივება 180 გრადუსიდან მართვად 60 გრადუსამდე. ეს პროცესი მნიშვნელოვნად ამცირებს შიდა დაძაბულობებს, რომლებიც ნაგებობის დეფორმაციას იწვევს წარმოების შემდეგ. ამ ყველა ტექნიკის ერთად გამოყენება თბოგადაცემის პრობლემების შესაძლებლობას დაახლოებით 40%-ით ამცირებს იმ ძველი წარმოების მეთოდების შედარებით, რომლებიც დღესდღეობით კვლავ გამოიყენება.

Თერმული და სტრუქტურული მუშაობის დადასტურებისთვის ხარისხის კონტროლის ტესტირება

Სრული ვალიდაცია შეიცავს:

1. Ინფრაწითელი თერმოგრაფია ზედაპირის ტემპერატურის სხვაობის გამოვლენა (ΔT ≥ 2°C)
2. Მექანიკური დატვირთვის ტესტირება 8–10 კნ-იანი ჭიმვის სიმტკიცის დადასტურება
3. Აჩქარებული გახანგრძლივების ტესტები დადასტურება, რომ იზოლაციის დეგრადაცია 20 წლის განმავლობაში 5%-ზე ნაკლებია

Ავტომატიზირებული ლაზერული სკანირება აღმოაჩენს 0,3 მმ-ზე ფართო cracks-ებს, ხოლო ნიმუშების შერჩევა ექვემდებარეობს EN 14024 სტანდარტებს სერტიფიცირებული თერმული ბარიერის მუშაობისთვის.