Способ повышения теплоаккумулирующей способности строительных элементов из силиката кальция, а также строительный элемент из силиката кальция
Изобретение относится к способу повышения теплоаккумулирующей способности строительных элементов из силиката кальция, в частности из пористого бетона. Технический результат - повышение теплоаккумулирующей способности. В способе повышения теплоаккумулирующей способности строительных элементов из силиката кальция, в частности из пористого бетона, где в строительные элементы вносится претерпевающий один или несколько фазовых переходов материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, указанный материал добавляют в инкапсулированной форме, в частности в форме микрокапсул с оболочкой из полимера, во время производства строительных элементов в один или некоторые из исходных материалов и/или в один или несколько промежуточных продуктов и так, что при последующем производстве готовых строительных элементов этот материал оказывается включенным в них. Строительный элемент из силиката кальция, предпочтительно из пористого бетона, который характеризуется тем, что он получен указанным выше способом. Изобретение развито в зависимых пунктах формулы изобретения. 2 н. и 8 з.п. ф-лы.
Изобретение относится к способу повышения теплоаккумулирующей способности строительных элементов из силиката кальция, в частности элементов из пористого бетона, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Изобретение касается также строительного элемента из силиката кальция, предпочтительно из пористого бетона.
Строительные элементы на основе силиката кальция известны как стройматериалы и находят многообразное применение. Так используются, в частности, строительные элементы из так называемого пористого бетона, называемого также AAC (Autoclaved Aerated Concrete) или известного под устаревшим названием газовый пористый бетон или газовый бетон, чтобы сооружать из них каменные строения. Под "строительными элементами" в смысле данного изобретения должны пониматься не только известные и обыкновенные прямоугольные параллелепипеды для сооружения стен, но также и замковые элементы для верхнего перекрытия дверных проемов и, соответственно, окон, готовые элементы для сооружения больших модулей или сборных домов, элементы в форме плит, такие как панели перекрытий, и подобные трехмерные элементы, которые находят применение для сооружения ангаров, домов и т.п. зданий и, соответственно, для их внутренней отделки.
Строительные элементы на основе силиката кальция, в частности пористый бетон, пользуются высокой популярностью в строительном деле, так как они делают возможным непрерывное сооружение зданий и проявляют очень хорошие качества. Так известно, что, в частности, пористый бетон за счет включенных в этот материал воздушных или, соответственно, газовых пузырьков имеет замечательные теплоизолирующие качества. Однако он имеет также сравнительно низкое сопротивление диффузии водяного пара, так что также в отношении влажности он способствует хорошему внутреннему климату зданий, сооруженных с использованием этих строительных элементов.
У достаточно известных строительных элементов из силиката кальция, однако, оставляет желать лучшего их теплоаккумулирующая способность. Это способность принимать окружающее тепло и сохранять его. Высокая теплоаккумулирующая способность стройматериала открывает возможности относительно экономии энергии для обогрева и, соответственно, охлаждения сооруженных из этого материала зданий. Так, стройматериал в теплые периоды может принимать соответствующее избыточное предложение тепла (например, за счет солнечного облучения) без чрезмерного нагрева внутренней части здания или охлаждения. Это накопленное тепло затем может снова отдаваться в холодный период, так что сокращается потребность в энергии для обогрева внутренней части здания.
Из документа DE 199 29 861, раскрытие которого служит основой для формулировки ограничительных признаков пункта 1 формулы изобретения, известен способ повышения теплоаккумулирующей способности пористых несущих материалов. При этом способе так называемый материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, заключается в поры пористого несущего материала и остается там длительно, в то время как несущий материал, снабженный материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления, дополнительно защищается оболочкой. Материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, проходит в определенной области температур через фазовый переход, причем он воспринимает энергию в форме тепла. При снижении температуры будет проходить противоположный фазовый переход, причем принятое сначала тепло снова освобождается.
В документе DE 199 29 861 также описано, что эта техника может применяться к пористому бетону, кирпичу и тому подобным стройматериалам. Описывается при этом, что соответствующие элементы, например строительные элементы из пористого бетона, пропитываются материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления, в жидком состоянии, чтобы он мог впитаться в строительный элемент. Затем элемент в целом должен покрываться оболочкой из связующего средства. Это, очевидно, происходит, чтобы препятствовать выпуску ставшего жидким вследствие внесения тепла материала, аккумулирующего теплоту за счет плавления, из строительного элемента.
В упомянутой публикации в принципе описан способ, которым может повышаться теплоаккумулирующая способность материала из силиката кальция, например пористого бетона. Однако и здесь также возникают проблемы. В частности, необходимо, как это описывалось в упомянутой публикации, строительные элементы, пропитанные материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления, покрывать затем оболочкой из связующего средства. При этом недостатком является то, что у обработанного таким образом строительного элемента отчетливо повышается сопротивление диффузии водяного пара, даже если слой связующего средства не действует как запирающий слой. Тем самым, однако, обработанный таким образом строительный элемент теряет свои благоприятные качества относительно воздействия на микроклимат помещения построенного с его использованием сооружения.
Впрочем, является критичным предложенное в документе DE 199 29 861 использование в строительных элементах из пористого бетона парафиновых масел в качестве материала, аккумулирующего теплоту за счет плавления, так как такие масла могут отрицательно влиять на статические свойства пористого бетона. Все-таки при нормальном бетоне уменьшение прочности за счет масел и пластичных смазок составляет до 25%. В высшей степени спорно в этой связи, обладает ли вообще обработанный, как предложено в документе DE 199 29 861, элемент из пористого бетона или похожий строительный элемент из силиката кальция установленными для этого элемента статическими свойствами и может ли еще использоваться для сооружения зданий.
Поэтому исходя из известного уровня техники задачей изобретения является улучшить в принципе известный из документа DE 199 29 861 способ в том отношении, чтобы он мог применяться для строительных элементов из силиката кальция без необходимости существенно изменять статические свойства строительных элементов, а также качества относительно диффузии водяного пара.
Для решения этой задачи сначала предлагается способ с признаками пункта 1 формулы изобретения. Благоприятные усовершенствования этого способа представлены в зависимых пунктах 2-7 формулы изобретения.
Строительный элемент, который решает упомянутую задачу согласно изобретению, обладает признаками, указанными в пункте 8 формулы изобретения. Благоприятные усовершенствования соответствующего изобретению строительного элемента указаны в зависимых пунктах 9 и 10 формулы изобретения.
Существенной идеей изобретения является вносить материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, не как таковой - путем дополнительной пропитки - в готовый строительный элемент, а интегрировать в инкапсулированной форме в строительный элемент. При этом согласно изобретению материал вносится в строительный элемент уже во время его изготовления, при котором инкапсулированный как теплоаккумулирующий материал добавляют, по меньшей мере, к одному из исходных материалов и/или, по меньшей мере, к одному промежуточному продукту.
Под «материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления», согласно изобретению должен пониматься такой материал, который испытывает один или несколько фазовых переходов в разумном диапазоне температур. Под разумным диапазоном нужно рассматривать диапазон между 0°C и 50°C, в частности между 10°C и 30°C. При этом материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, может проходить не только фазовые переходы от твердого состояния к жидкому и наоборот, но и от твердого к газообразному (сублимации) и наоборот и, соответственно, фазовые переходы от жидкого состояния к газообразному и наоборот. Решающим является лишь то, что материал проходит какой-либо фазовый переход в интересующей области температур и в ходе его сохраняет энергию в форме тепла.
Вследствие того что согласно изобретению материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, интегрируется в строительный элемент в инкапсулированной форме, обеспечивается, что материал при фазовом переходе не может удаляться из строительного элемента. С другой стороны, строительный элемент не нужно целиком покрывать оболочкой из связующего средства, так что он сохраняет свои благоприятные микроклиматические качества. Кроме того, материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, не состоит в непосредственном контакте с материалом строительного элемента, так что не происходит отрицательного влияния на его прочность и статику.
Предпочтительно, инкапсулированный материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, добавляют в микрокапсулах с диаметром от 1 мкм до 40 мкм, предпочтительно от 2 мкм до 20 мкм (пункт 2 формулы изобретения). С микрокапсулами такой величины можно достигать, с одной стороны, особенно хорошего гомогенного распределения микрокапсул в выполненном таким образом строительном элементе. С другой стороны, капсулы слишком малы, чтобы они разрушались при дополнительной обработке элемента, например, шлифованием, сверлением, резанием и т.п. По сравнению с используемыми для упомянутых процессов инструментами капсулы настолько малы, что они удаляются целиком с осколками, абразивной пылью или т.п.
Парафин и, соответственно, парафиновая смесь и/или воск оказались особенно подходящими в качестве материала, аккумулирующего теплоту за счет плавления (пункт 3 формулы изобретения). Как оптимальная область для температуры фазового перехода и вместе с тем сохранения тепла выявился диапазон между 18°C и 35°C, предпочтительно между 22°C и 28°C, в частности примерно 26°C. При этом материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, при фазовом переходе должен был иметь теплоаккумулирующую способность ΔН между 50 Дж/г и 200 Дж/г, предпочтительно между 80 Дж/г и 150 Дж/г (пункт 4 формулы изобретения).
Чтобы инкапсулированный материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, без ущерба переносил способ изготовления материала из силиката кальция, материал капсул и, соответственно, оболочка должна была бы быть стабильной при температурах, по меньшей мере, до 190°C, предпочтительно, по меньшей мере, до 200°C. Температур в этой области достигают, например, при производстве пористого бетона в автоклаве. Подходящим материалом оказался полимер, предпочтительно полиметилметакрилат с высоким числом сшивок (пункт 6 формулы изобретения).
Чтобы теплоаккумулирующая способность строительного элемента была в достаточной мере повышена без ухудшения стабильности и прочих качеств самого строительного элемента вследствие слишком высокой доли инкапсулированного теплоаккумулирующего материала, инкапсулированный материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, добавляют в таком количестве, что его доля составляет от 5 кг/м3 до 25 кг/м3 в готовом строительном элементе.
Вышеупомянутые преимущества относительно соответствующего изобретению способа имеют силу, соответствующим образом, также для строительного элемента, охарактеризованного в пунктах 8-10 формулы изобретения.
В ходе практических испытаний была подтверждена успешность соответствующего изобретению способа при производстве строительных элементов из пористого бетона, снабженных соответствующим образом инкапсулированным материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления. Как материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, при этом использовалась парафиновая смесь, хранимая в микрокапсулах с диаметрами от 2 мкм до 20 мкм, причем оболочки микрокапсул состояли из полиметилметакрилата с большим числом сшивок. Точка плавления парафиновой смеси лежала при 26°C, смесь при фазовом переходе имела теплоаккумулирующую способность ΔН примерно 110 Дж/г. В готовом строительном элементе из пористого бетона материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, содержался в количестве примерно 10 кг/м3. При этом для производства строительных элементов из пористого бетона с материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления, требовалось соответствующим образом адаптировать способ изготовления. В частности, в процессе реализации способа должна была изменяться заключительная реакция пористого бетона в автоклаве. Так, при управлении давлением, которое соответствующим образом задает также ход температуры, нужно было обращать внимание на то, чтобы повышать или, соответственно, понижать давление более медленно по сравнению со способом изготовления "нормальных" строительных элементов из пористого бетона, чтобы замедлять подъем и, соответственно, снижение температур. Это требовалось, чтобы материалы, аккумулирующие теплоту за счет плавления, не были подвержены слишком сильным изменениям давления и, соответственно, температуры по отношению ко времени. Слишком быстрые изменения давления могли бы привести к спонтанному фазовому переходу и вместе с тем к разрыву капсул, наполненных материалом, аккумулирующим теплоту за счет плавления.
В ходе испытаний выявилось, что по сравнению с обычным пористым бетоном обработанный способом согласно изобретению и, соответственно, изготовленный пористый бетон имел явно повышенную теплоаккумулирующую способность без потери его благоприятных качеств в отношении прочности и сопротивления диффузии водяного пара.
1. Способ повышения теплоаккумулирующей способности строительных элементов из силиката кальция, в частности строительных элементов из пористого бетона, причем в строительные элементы вносят претерпевающий один или несколько фазовых переходов материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, отличающийся тем, что материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, добавляют в инкапсулированной форме, в частности в форме микрокапсул с оболочкой из полимера, во время изготовления строительных элементов в один или несколько из исходных материалов и/или в один или несколько промежуточных продуктов, так что при дальнейшем изготовлении готовых строительных элементов этот материал оказывается включенным в них.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что инкапсулированный материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, добавляют в микрокапсулах с диаметром от 1 до 40 мкм, предпочтительно от 2 до 20 мкм.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве материала, аккумулирующего теплоту за счет плавления, используют парафиновую смесь и/или воск.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в качестве материала, аккумулирующего теплоту за счет плавления, используют материал с точкой плавления между 18 и 35°С, предпочтительно между 22 и 28°С, и теплоаккумулирующей способностью ΔН между 50 и 200 Дж/г, предпочтительно между 80 и 150 Дж/г при фазовом переходе.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что материал оболочки микрокапсул стабилен при температурах, по меньшей мере, до 190°С, предпочтительно, по меньшей мере, 200°С.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что оболочки микрокапсул выполнены из полиметилметакрилата с большим числом сшивок.
7. Способ по п.1, отличающийся тем, что инкапсулированный материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, добавляют в количестве от 5 до 25 кг/м3 в пересчете на объем готового строительного элемента.
8. Строительный элемент из материала на основе силиката кальция, предпочтительно из пористого бетона, характеризующийся тем, что он получен способом по одному из пп.1-7.
9. Строительный элемент по п.8, отличающийся тем, что инкапсулированный материал, аккумулирующий теплоту за счет плавления, гомогенно распределен по объему строительного элемента.
10. Строительный элемент по п.8 или 9, отличающийся тем, что он содержит инкапсулированный теплоаккумулирующий материал в количестве, по меньшей мере, 5 кг/м3, предпочтительно, по меньшей мере, 10 кг/м3 в пересчете на объем готового строительного элемента.
