Оригинални статии

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Цитати
  • Метрика
  • Лицензиране
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

Резюме

Модернизацията на енергията на съществуващи сгради, особено исторически и/или изброени сгради, представлява няколко проблема; тоест съвместимостта между идентифицираните решения и стойността на наследството или намаляването на вътрешното пространство (ако трябва да се приемат вътрешни интервенции).

разработване

Поради тази причина възникващ метод за справяне с целта на енергийното преоборудване на исторически сгради е използването на усъвършенствани материали, характеризиращи се с висока топлоизолационна ефективност.

В рамките на европейски изследователски проект (Horizon 2020) се разработва ново изолационно покритие на основата на аерогел, особено подходящо за смекчаване на топлинните мостове и за предотвратяване на риска от кондензация.

В тази статия са описани както лабораторни, така и теренни изследователски дейности. Първият беше насочен към оптимизиране на термохигрометричните свойства на покритието; последният се занимава с резултатите от мониторингова дейност, извършена в пълномащабно приложение.

Резултатите подчертават, че вътрешното нанасяне на 12 mm от разработения материал може да доведе до значително повишаване на температурата на вътрешната повърхност (около 1,4 ° C) с намаляване на U-стойността на стената с около 27%. Освен това се наблюдава смекчаване на топлинните мостове с повишаване на минималната повърхностна температура до 1,6 ° C.

Въведение

Строителният сектор е отговорен за близо 40% от общото потребление на енергия в Европа (Директива 2010/31/ЕС). Около 50% от европейския запас е изграден преди първите терморегулации през 70-те години (Европейска комисия 2018). Италия не прави изключение; всъщност повече от 60% от жилищните сгради са построени преди 1976 г., годината на първия закон за икономия на енергия, а 30% от сградите (12,5 милиона) са датирани преди 1945 г. (Istituto Nazionale di Statistica 2011). Следователно голяма част от сградния фонд се характеризира с традиционни неизолирани строителни системи. Освен това, около 1,8% от тези сгради са класифицирани като културно наследство, съгласно дефиницията на италианския законодателен указ №. 42 от 22/01/2004, отнасящи се до Кодекса за културното наследство и ландшафта.

През последното десетилетие значението на енергийната ефективност и топлинния комфорт в историческите сгради се увеличи значително, както свидетелстват редица скорошни изследвания.

Докато по-рано енергийното модернизиране се разглеждаше като потенциална заплаха за характера и структурата на исторически и традиционни сгради, сега се разглежда до голяма степен като възможност за защита на тези сгради и отговор на глобалните екологични проблеми (Webb 2017).

Нараства изследователската активност по предизвикателството да се съчетаят мерките за енергийна ефективност и вътрешния топлинен комфорт с изискването за поддържане на културно-историческото значение на сградите (De Bouw et al. 2016). Сред различните технически решения за намаляване на топлинните загуби, технологиите за вътрешна изолация са особено подходящи (Walker and Pavía 2018). Иновативни материали и продукти, като вакуумни изолационни панели и материали на основата на аерогел, ще бъдат изследвани поради техния висок изолационен потенциал, който позволява да се гарантират значителни икономии на вътрешно пространство в сравнение с традиционните изолационни материали (Fantucci et al. 2019).

В рамките на текущия европейски изследователски проект H2020 Wall-ACE е разработено ново термично покритие на основата на аерогел (което ще се нанася заедно с допълнителен устойчив на абразив горен слой), с основната цел да се смекчат топлинните мостове в съществуващи сгради.

В тази статия са представени резултати, свързани с термичната характеристика в лабораторията и производителността в областта. Изследването има за цел да

оптимизиране на термичното покритие и

демонстрирайте (чрез пълномащабно приложение) ефективността на технологията за предотвратяване на риска от кондензация на повърхността и подобряване на топлинните характеристики на цялата стена.

Съвременно състояние на стенни мазилки на базата на аерогел

Използването на гранули от аерогел като леки инертни материали в гипсова смес позволява драстично да се намали крайната плътност и топлопроводимост, достигайки стойности съответно от 150–200 kg/m 3 и 0,025–0,027 W/mK (Stahl et al. 2012; Ibrahim et al. 2015; Berardi and Nosrati 2018). Освен това, Buratti et al. (2014) демонстрира, че чрез увеличаване на съдържанието на аерогел до 96% –99% (по обем) може да се получи плътност от около 115–125 kg/m 3 с топлопроводимост 0,014–0,016 W/mK. Въпреки това, в същото проучване, по-механично ефективна формулировка с по-ниско съдържание на аерогел (80%) и топлопроводимост от 0,05 W/mK е използвана за приложение на място.

Ефективната топлоизолационна способност заедно с характеристиките на мазилката (т.е. лесното нанасяне върху неправилни основи, относително висока якост на натиск) правят мазилката на основата на аерогел подходящ кандидат за енергийното преоборудване на исторически конструкции, при които старата и повредена мазилка може лесно да бъде лесно заменени с до 4- до 6-сантиметрови слоеве аерогел, ако съществуващият слой няма стойност на наследството (Ghazi Wakili et al. 2015; Schuss et al. 2017; Stahl et al. 2017; Lisitano et al. 2018).

Поради тези причини през последните години бяха разработени няколко мазилки на основата на аерогел, които понастоящем се предлагат поне на пазара на Европейския съюз: FIXIT 222 (Röfix 2018a), FIXIT 244 (Röfix 2018b), Heck-Aero iP (2017) и Interbran Premium 028 (2019). Те обикновено имат декларирана топлопроводимост в диапазона 0,028–0,048 W/mK.

Въпреки факта, че няколко проучвания демонстрират високата съвместимост с исторически сгради и високата енергийна способност за модернизация, тази технология досега не е широко разпространена поради високата си цена, която остава едно от основните пазарни ограничения. Всъщност беше демонстрирано, че за топлоизолационна мазилка, подобрена с 80% аерогел в сместа, разходите достигат стойност между 80 и 90 евро/м 2 за 1 см дебелина (Buratti et al. 2016; Ibrahim et 2015 г.). По-новите пазарни проучвания обаче подчертават, че за по-голямо количество аерогелна мазилка/визуализация разходите, актуализирани през 2019 г., са в диапазона от 30 EUR/m 2 · cm (само разходи за материали) до 60 EUR/m 2 за слой с дебелина 1 cm ако се вземат предвид разходите за кандидатстване (Airgel Applications 2016; FIXIT Preisliste 2019).

Възможно решение за намаляване на крайните разходи се основава на минимизиране на съдържанието на аерогел чрез частично заместване с други леки инертни материали (de Fátima Júlio et al. 2016; Fantucci et al. 2018). Независимо от това, в повечето от проучванията, направени досега, крайната топлопроводимост на такива продукти беше напълно сравнима с тази на традиционните топлоизолационни мазилки, които се предлагат на пазара. Следователно това решение не е оптимално и не могат да бъдат постигнати значителни предимства в сравнение със съвременното състояние.

Други възможни решения, насочени към намаляване на крайните разходи, се основават на минимизиране на дебелината. В предишно проучване на авторите (Fantucci et al. 2018) е предложено разработването на аерогелно покритие с дебелина между 3 и 12 mm за смекчаване на топлинните мостове и за леко подобряване на работата на стената по отношение на повърхностната температура на неизолираната стена.

Методи

Пет различни топлинни покрития на базата на аерогел (R0 до R4 в тази статия) са разработени чрез приемане на различни съотношения на минерални и органични свързващи вещества. Гранулиран аерогел Kwark, произведен от Enersens (2018); перлит и стъклени и керамични сфери са използвани в различни проценти като леки инертни материали (LWA).

Първата поредица от предварителни тестове, насочени към определяне на термичните и механичните свойства, бяха проведени в лабораторията. Целта беше да се провери съответствието на мазилката с пазарните нужди и нейния потенциал за смекчаване на топлинните мостове и избягване на растежа на плесени.

Освен това, за да се тества поведението на мазилката при реални експлоатационни условия, беше създадена и проведена мониторингова кампания върху действителна сграда (цялостно проучване на случая), предоставена от Agenzia Territoriale per la Casa del Piemonte Centrale (регионална агенция за Централната Къща Пиемонт).

Лабораторна характеристика

Лабораторните измервания бяха насочени към определяне на сухата насипна плътност, механичното съпротивление и топлопроводимостта на разработената мазилка на основата на аерогел (Фигура 1а).