Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий

Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий

Реферат

«Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий» относится к области солнечной энергетики и защиты конструкционных материалов технических изделий от воздействия светового ультрафиолетового и инфракрасного излучения. Изобретение может быть использования также для защиты от термического воздействия при контактном теплообмене. Одним из основных технических результатов использования изобретения является привлечение дополнительного количества солнечной энергии для целей снижения количества невозобновляемых энергоресурсов, расходуемых для целей отопления зданий. Применение данного способа, при определенных условиях, позволяет снижать количество энергии, поступающей в объем конструкционных материалов вследствие облучения внешней поверхности источниками ультрафиолетового светового и инфракрасного излучения (лучистой энергии), что может быть использовано, например, для целей снижения энергоресурсов при осуществлении кондиционирования. Предлагаемый способ может быть также использован для целей повышения пожароустойчивости конструкционных материалов используемых, например, при возведении зданий и сооружений. В рамках предлагаемого способа достижение технического результата предполагает использование слоев материалов типа «полые микросферы - полимерное связующее» при различных сочетаниях оптических свойств подложки, на которую наносятся подобные материалы, а также оптических свойств внешнего слоя, наличие которого (внешнего слоя) в ряде случаев не является обязательным. Материалы «полые микросферы полимерное связующее» предлагается наносить на поверхность различных конструкционных материалов в жидком виде с последующим отверждением полимерного связующего. Согласно мнению авторов предлагаемого изобретения «Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов» эффекты, наблюдаемые в случае применения материалов типа «полые микросферы - полимерное связующее», в целом ряде случаев обусловлены не только свойствами, присущими пористой среде, но и проявлением оптических эффектов в видимой и/или инфракрасной области.

Ниже приведена цитата из текста описания изобретения «Способ перераспределения составляющих теплового потока», информация о котором не была опубликована к моменту подачи заявления на выдачу патента «Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий».

«Согласно представлениям авторов о сущности явления существенного снижения потока тепловой энергии через слой материала, содержащего полые микросферы, при использовании дополнительного слоя алюминиевой фольги или акрилового лака, содержащего алюминиевую пудру, в таком снижении теплового потока заметную роль играет процесс отражения «генерируемой» покрытием инфракрасной составляющей тепловой энергии на фоне достаточно высокой проницаемости тонких слоев покрытий, содержащих микросферы для «генерируемого» этими материалами инфракрасного излучения. В соответствии с подобными представлениями вполне логично предположение о том, что степень излучения/отражения поверхности, на которое наносится покрытие, должна оказывать заметное влияние на эффекты изменения суммарного количества энергии, передаваемой через «сандвич», состоящий из покрытия с микросферами и теплоотражающего слоя, изготовленного, например, из алюминиевой фольги».

Конец цитаты.

Следует отметить, что в случае современных научных представлений о явлениях переноса тепловой энергии свойствами, описанными в вышеприведенной цитате, в частности, обладают так называемые «фотонные кристаллы». Через непродолжительное время после подачи заявления на выдачу патента «Способ перераспределения составляющих теплового потока» авторами была обнаружена публикация «Фотонные кристаллы на основе полимерных микросфер» в научно-техническом журнале «Фотоника» [1]. В работе [1] приведены сведения о наблюдении свойств фотонных кристаллов в случае монослоев полимерных микросфер, зафиксированных на поверхности при помощи связующей субстанции, при этом диаметр микросфер, используемый для формирования монослоев, составлял 6, 20 и 58 мкм. Согласно сведениям, приведенным в [1], плотная упаковка монослоя микросфер с относительно регулярной структурой, характерной именно для фотонного кристалла, достигалась мерами, способствующими самоорганизации структуры, в частности использованием подложки с хорошими адгезионными свойствами по отношению к поверхности используемых микросфер. Анализируя сведения, приведенные в [1], авторы предлагаемого изобретения обратили внимание на факты, которые наблюдались ими во время проведения опытов с многослойными субстанциями типа «полые стеклянные микросферы-полимерное связующе», так, например, в процессе флотации микросфер, предварительно размешанных в жидком полимерном связующем, в целом ряде случаев, через непродолжительное время (часто менее одних суток) наблюдалось образование в полученной субстанции плотного поверхностного слоя, преимущественно состоящего из микросфер, при этом значительная часть связующей субстанции «выдавливалась» в нижнюю часть емкости, в которой производилось смешивание. При соблюдении условия достаточно небольшого разброса микросфер по внешним диаметрам (сколь либо точной классификации) следует ожидать, что при формировании поверхностного слоя, образующегося в ходе процесса флотации полых микросфер, при определенных условиях, так же как в случае [1] следует ожидать образование пространственной структуры, по геометрическим характеристикам сходной со структурой фотонных кристаллов. Образованию подобных (достаточно регулярных) структур может также способствовать такое соотношение объемного содержания микросфер в первоначально текучей субстанции, когда удаление (например, испарение) части связующей субстанции приведет к тому, что конечная концентрация микросфер (в многослойной структуре) будет близка к тому соотношению, которое характерно для плотно упакованной регулярной структуры, при этом самоорганизации стоит ожидать в процессе уплотнения структуры типа полые микросферы - связующее. В то же время следует обратить внимание и на существование таких структур, как «квазикристаллы». В случае квазикристаллов проявление свойств (в том числе и оптических), характерных для истинно кристаллических структур, может иметь место и при фрагментарной упорядоченности, что может наблюдаться (фрагментарная упорядоченность) в виде существовании кластеров, например, распределенных по объему не с такой строгой регулярностью, которой стоит ожидать в случае истинно кристаллической структуры. Следует отметить, что подобные кластеры могут состоять из конгломератов типа одна микросфера, окруженная группой микросфер примерно одинакового, но меньшего диаметра чем та микросфера, которую они окружают, по этой причине предлагаемый способ не ограничивается применением микросфер одного диаметра или типа. В случае проявления свойств, характерных для фотонных кристаллов (или квазикристаллов), материал типа полые микросферы - полимерное связующее, в целом ряде случаев, становится более привлекательным для использования, чем просто структура, содержащая полости, и не только для целей теплоизоляции. Одним из характерных явлений для случая фотонных (и квази-) кристаллов является так называемый «полупроводниковый эффект», наличие которого может способствовать как дополнительному снижению тепловых потерь (по сравнению со случаем применением нерегулярной пористой структуры), так и, напротив, интенсификации теплообмена, последнее, в целом ряде случаев также является актуальным, например, для целей снижения затрат невозобновляемых энергоресурсов для целей отопления зданий.

Согласно мнению авторов, привлекательность предлагаемого способа заключается в возможности формирования структур, проявляющих свойства трехмерного фотонного или квазикристалла методами, аналогичными тем, что используются при формировании слоев лакокрасочных материалов, что отражено в пункте 1 формулы изобретения. До настоящего времени подобные возможности, связанные с формированием структуры, проявляющей свойства трехмерного фотонного кристалла методом нанесения на поверхность относительно толстого (по отношению к диаметрам используемых микросфер) слоя аналогично методам, применяемым по отношению к лакокрасочным материалам, не были обнаружены авторами среди доступных им публикаций. В то же время следует отметить, что наблюдаемые авторами признаки наличия температурных границ эффектов, связанных с проявлением свойств фотонного кристалла, не позволяют с абсолютной уверенностью говорить о том, что в случае фасадов зданий проявление эффекта энергосбережения (как только следствия наличия свойств фотонного кристалла) происходит при любом значении плотности потока инфракрасного излучения, в то же время прозрачность стекла и пористость структуры материалов типа «полые стеклянные микросферы - связующее», которое (связующее) также обладает некоторой прозрачностью (пускай и в ограниченной области спектра поступающей на поверхность лучистой энергии), позволяют явным образом предполагать наличие привлечения дополнительного источника излучения (энергии). Следует также отметить, что прозрачным (по меньшей мере в ограниченной области спектра лучистой энергии поступающей на поверхность) материалом микросфер может являться не только стекло, но и другие, например, полимерные материалы.

При проведении опытов по исследованию теплофизических свойств относительно тонких (0.5-2 миллиметра) слоев материалов, содержащих полые стеклянные микросферы, авторами неоднократно наблюдались явления, позволяющие говорить о том, что в случае субстанций, состоящих из полых стеклянных микросфер (диаметр которых измеряется порядком в десятки микрометров) и полимерного связующего, в целом ряде случаев, достаточно выражено проявляются признаки свойств, характерных для фотонных кристаллов. Дополнительно следует еще раз отметить, что при наличие достаточно упорядоченного расположения компонентов (микросфер) субстанция, состоящая из сплошных или полых микросфер, имеющих относительно небольшую разницу в диаметрах (достаточно точную классификацию по диаметрам), является характерным примером трехмерного фотонного кристалла.

Так, например, при нанесении на поверхность модели (например, участка трубопровода), имеющей высокий коэффициент отражения и низкий коэффициент поглощения инфракрасного излучения относительно тонкого (порядка 0.4-0.6 мм) слоя субстанции, состоящей из полых стеклянных микросфер, имеющих внешний диаметр порядка десятков микрометров, и связующего на акриловой основе при начальной температуре модели порядка 70-95 градусов по шкале Цельсия авторами наблюдалась интенсификации теплообмена. С точки зрения прогнозирования свойств пористой субстанции (поры это внутренний объем микросфер) в соответствие с «классическими» представлениями о теплофизических свойствах материалов, в подавляющем большинстве случаев, использование на «горячей» металлической поверхности пористого материала должно приводить не к увеличению, а к снижению тепловых потерь по сравнению с тем случаем, когда на металлической поверхности отсутствует дополнительный слой какого, либо пористого материала. Одним из исключений примера, приведенного в предыдущем предложении, является наличие на поверхности субстанции, в той или иной степени проявляющей свойства фотонного кристалла.

При проведении опытов с нанесением субстанций, содержащих полые микросферы, на поверхность селективного материала, выполненного по схеме одномерного фотонного кристалла (был использован селективный материал, используемый на поверхности солнечных коллекторов), авторами был получен результат, когда при облучении источником инфракрасного излучения скорость нагрева модели, имеющей на своей поверхности только селективный материал, была заметно более низкой (далеко выходящей за погрешности измерения температуры), чем для случая, когда поверх селективного материала наносился слой субстанции (толщиной порядка 0.4-0.5 мм), состоящий из микросфер и связующего на акриловой основе. При проведении опытов в качестве нагреваемых моделей использовались гильзы, изготовленные из участков стальной трубы с внешним диаметром 89 мм (высота гильз являлась одинаковой и составляла 350 мм), гильзы располагались вертикально, цилиндрические поверхности обеих гильз были полностью («плотно») обернуты алюминиевой фольгой, на поверхность которой методом магнетронного напыления предварительно было нанесено несколько слоев в виде тонких пленок титана и его соединений при толщине слоев порядка длины волны, соответствующей максимуму спектра солнечного излучения, деленной на число, при расчете которого (разработчиком селективного материала) использовалась производная величина от коэффициентов преломления материалов, применяемых при напылении слоев. Поверх селективного материала, размещенного на поверхности одной из гильз, была нанесена субстанция, состоящая из полых стеклянных микросфер и полимерного связующего на акриловой основе (нанесение было осуществлено на ту часть поверхности, которая была обращена по направлению к источнику инфракрасного излучения, толщина слоя составляла порядка 0.4-0.5 мм). При проведении опытов использовался естественный (солнце) и искусственный источники инфракрасного излучения. При оценке интенсивности нагрева моделей (гильз) энергией инфракрасного и видимого спектров излучения данная интенсивность была ассоциирована со скоростью нагрева воды, залитой в гильзы. Сравнительный мониторинг скорости нагрева воды в гильзах (при облучении инфракрасным излучением) осуществлялся при помощи двухканального (по одному каналу на каждую из двух гильз) измерителя-регулятора температуры ИРТ-4/2 (версия 1.3), класс точности прибора 0.1, прибор имеет сертификат об утверждении типа средства измерения, выданный «Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии» (RU.C.32.083.A №25890), к моменту проведения экспериментов свидетельство о поверке прибора было действительно (выдано 11.07.2009 г. действительно до 11.07.2010 г.). Свидетельство о поверке прибора ИРТ-4/2 (№03-154831128) выдано ФГУ «Менделеевский ЦМС». Периодически (непосредственно после проведения измерений или между проведением измерений) прибор ИРТ-4/2 дополнительно поверялся методом погружения подключенных к нему терморезисторов (по одному на каждый канал измерения) в лабораторный термостат - разница между показаниями термометра термостата и прибора (для каждого из двух зондов с терморезисторами) не составила более 0.5°C.

Результаты одного из опытов по сравнительному мониторингу нагрева воды в гильзах при облучении гильз искусственным источником инфракрасного излучения представлены на фиг.1, где цифрами 1 и 2 соответственно обозначены линия мониторинга для гильзы, на поверхности которой размещен только селективный материал, и гильзы, где на поверхность селективного материала нанесен слой субстанции, содержащей полые стеклянные микросферы и связующую субстанцию на акриловой основе. На основании изучения графиков, представленных на фиг.1, можно сделать вывод, что наблюдаемое увеличение скорости нагрева воды в гильзе, на поверхность которой нанесен слой материала, содержащего полые стеклянные микросферы, по своему числовому значению заметно превосходит погрешность измерения, предполагаемую при использовании в качестве инструмента измерения температуры прибора ИРТ-4 (класс точности 0.1). С точки зрения прогнозирования свойств пористой субстанции (поры - это внутренний объем микросфер) в соответствие с «классическими» представлениями о теплофизических свойствах материалов, в подавляющем большинстве случаев, использование на облучаемой инфракрасным излучением поверхности объемного тела пористого материала должно приводить не к увеличению скорости нагрева объема тела, а к снижению скорости нагрева объема тела по сравнению с тем случаем, когда на поверхности тела отсутствует дополнительный слой какого-либо пористого материала, включающий в свой состав значительное количество компонентов, способных рассеивать инфракрасное излучение, подобные свойства, а именно, высокая способность рассеяния инфракрасного полыми микросферами, в частности, рассматривается в работе [4]. Одним из исключений примера, приведенного в предыдущем предложении, является наличие на поверхности тела субстанции, в той или иной степени проявляющей свойства фотонного кристалла, и, в частности, присутствия так называемого «полупроводникового эффекта», наблюдаемого именно в случае фотонных кристаллов. В настоящее время существуют, по меньшей мере, теоретические разработки, в которых предлагается использовать фотонные кристаллы для увеличения эффективности фотоэлектрических элементов, что, согласно мнению авторов, по сути механизмов имеющих место явлений, достаточно близко к полученным ими результатам экспериментов по облучению моделей инфракрасным излучением. Таким образом к настоящему времени имеется экспериментальный факт, пускай и косвенно, подтверждающий то, что в случае субстанций, содержащих достаточно плотно упакованные микросферы и связующее на акриловой основе (при формировании слоя методами, аналогичными тем, что применяются по отношению к слоям лакокрасочных материалов), имеются признаки проявления свойств, характерных для фотонных кристаллов.

До настоящего времени авторами не было обнаружено каких-либо публикаций, в которых свойства субстанций, содержащих более одного слоя полых стеклянных (или состоящих из других материалов) микросфер с размерностью внешних диаметров порядка нескольких десятков микрометров, тем или иным образом ассоциировались с оптическими свойствами фотонных кристаллов, например, на основе тех же полых микросфер, в работе [1] свойства, характерные для фотонного кристалла, обсуждаются только для случая однослойных структур. Причина подобного состояния дел достаточно понятна для авторов, поскольку с точки зрения современных общепринятых представлений о сущности фотонных кристаллов их структура является достаточно упорядоченной и в процессе «произвольной» укладки пускай даже близко расположенных (плотно упакованных) микросфер, предварительно размешанных в неком связующем «субстрате», действительно (или «скорее всего») не следует ожидать сколь-либо приемлемой упорядоченности структуры для заметного проявления характерных свойств фотонного кристалла. Скорее всего, в случае субстанции, в которой полые микросферы занимают, например, более 50% по объему и были смешаны со связующим субстратом «хаотическим образом», следует ожидать, что подобный геометрический аналог фотонного кристалла (после отверждения связующего субстрата) сможет выступать, скорее, в качестве набора дислокации, которые с той или иной частотой встречаются в структуре истинных (по большей части упорядоченных по структуре расположения элементов) фотонных или даже квазикристаллов. Так, например, в работах [2] и [3] свойства материалов типа «полые микросферы - полимерное связующее» рассматриваются исключительно с точки зрения представлений о свойствах дисперсных сред. В то же время при изучении отдельных публикаций, в рамках которых затрагивались вопросы, связанные с обсуждением свойств так называемых «теплоизолирующих покрытий», содержащих полые микросферы, можно встретить графические отображения результатов спектрометрических исследований, при подробном рассмотрении которых можно видеть всплески интенсивности инфракрасного излучения, характерные именно для случая проявления свойств фотонного кристалла.

В качестве примера такой публикации можно привести публикацию [3], снабженную рисунком (рис.5, стр.50) на котором можно видеть значительные (по амплитудному значению) всплески интенсивности инфракрасного излучения, один из которых (всплесков) находится в непосредственной близости с границей прозрачности стекла в инфракрасной области. Исследованию теплоизоляционных свойств материалов, содержащих в качестве наполнителя полые стеклянные микросферы с внешним диаметром порядка десятков микрометров, была посвящена работа [4], выводы, сделанные по итогам работы, в ходе которой проводились эксперименты по измерению теплопроводности материалов на основе полых стеклянных микросфер, заключаются в том, что величина коэффициентов теплопроводности подобных материалов не выходит за пределы того, что можно наблюдать в случае пористых материалов, используемых для целей теплоизоляции. При проведении экспериментов в рамках работы [4], в частности, использовался участок трубопровода, изолированный с торцов «заглушками» из теплоизоляционного материала, во внутреннем объеме модели участка трубопровода, из соображений равномерности нагрева, (на максимально возможном протяжении по длине) располагался электрический нагревательный элемент, на поверхность модели в жидком виде наносились субстанции, состоящие из полых микросфер в качестве наполнителя и отверждаемого связующего (с варьированием в различных экспериментах величиной объемного содержания микросфер по отношению к отверждаемой субстанции). В ходе экспериментов, проводимых в рамках работы [4], какого-либо внимания оптическим свойствам поверхности модели трубопровода не уделялось. Следует отметить, что при нанесении материалов, состоящих из полых микросфер со средними наружными диаметрами, измеряемыми порядком десятков микромеров, и точностью классификации по диаметрам, характерными для современного массового производства (в частности, использовались микросферы марок S-32, К-37 выпускаемыми компанией 3М США), на поверхности гильз, изготовленных из обычной стали, так же как и в случае работы [4], авторы наблюдали эффекты снижения тепловых потерь, характерные для пористых материалов, имеющих толщину такого же порядка, как и применяемый слой композиции полые микросферы - полимерное связующее. Так, например, при отсутствии «отражающего экрана» (например, выполненного из алюминиевой фольги) на внешней стороне материала, содержащего полые микросферы, слой такого материала толщиной в 1-2 мм, в целом ряде случаев, в плане эффекта снижения тепловых потерь, заметно проигрывал листовому пенополиуретану толщиной 3 мм. В то же время при изменении оптических свойств поверхности гильзы в сторону увеличения способности к отражению инфракрасного излучения (например, оборачивании фольгой) при нанесении слоя субстанции, состоящей из полых микросфер в качестве наполнителя и связующего на акриловой основе, в целом ряде случаев, авторами наблюдалось явление увеличения скорости охлаждения горячей воды, залитой в гильзу, по сравнению с тем случаем, когда на поверхности с высокой степенью отражения инфракрасного излучения (и низкой излучающей способностью) отсутствовал какой-либо пористый материал.

Для проверки предположения о том, что в случае субстанций, в которых в качестве наполнителя используются полые стеклянные микросферы, имеют место оптические эффекты, связанные со свойствами, характерными для фотонных кристаллов, авторами был проведен опыт, в котором в субстанцию, состоящую из полых стеклянных микросфер и связующего субстрата на акриловой основе, был обильно добавлен пигмент, интенсивно поглощающий инфракрасное излучение. При нанесении обильно пигментированного субстрата на основе полых микросфер на поверхность модели, которая (поверхность) имела высокую степень отражения инфракрасного излучения, увеличения интенсивности теплообмена, при наполнении внутреннего объема горячей водой, не наблюдалось, напротив, произошло заметное (выходящее за рамки погрешности измерений температуры) снижение скорости теплообмена. Таким образом, с точки зрения классических представлений о пористых материалах в случае добавления в субстанцию, имеющую в своем объеме значительное количество полых микросфер, пигмента, интенсивно поглощающего инфракрасное излучения (была добавлена черная сажа), вне зависимости от оптических свойств подложки, материал начинает проявлять теплоизолирующие свойства и «аномалия», связанная с явлением интенсификации теплообмена, уже не проявляется. Согласно мнению авторов, результат опытов с добавлением в «теплоизолирующее покрытие» на основе микросфер сажи, которое (добавление) инвертирует эффект интенсификации теплообмена при наличии подложки с высоким коэффициентом отражения, является дополнительным фактором, позволяющим говорить о проявлении оптических эффектов в инфракрасной области в случае субстанций, содержащих в качестве наполнителя полые стеклянные микросферы. Результаты опытов с добавлением сажи в субстанцию, состоящую из полых микросфер и связующего на акриловой основе, позволяют говорить о том, что наряду с эффектами, связанными с оптическими свойствами, в случае «теплоизолирующих покрытий» на основе полых микросфер проявляются и свойства, связанные с термическим сопротивлением, обусловленные пористостью структуры, что не противоречит общепринятым представлениям о свойствах пористых материалов.

При анализе свойств материалов, состоящих из полых стеклянных микросфер, внешний диаметр которых измеряется величинами порядка десятков микрометров и связующего на полимерной (акриловой) основе, авторами был сделан вывод о том, что подобные материалы применимы не только для целей снижения тепловых потерь с нагретых поверхностей, но и для, например, целей увеличения составляющей солнечного излучения в тепловом балансе ограждающих конструкций зданий. В настоящее время целым рядом производителей и поставщиков так называемых «теплоизолирующих покрытий», где в качестве наполнителя используются полые (и в том числе стеклянные) микросферы, предлагается использовать данные материалы для целей теплоизоляции, в частности, фасадов жилых зданий. Согласно заявлений целого ряда производителей материалов, где в качестве основного наполнителя используются полые стеклянные микросферы (а также микросферы, изготовленные из других материалов, например, пластмасс), теплопроводность подобных материалов лежит в диапазоне 0.001-0.005 Вт/м*К. С точки зрения возможностей снижения тепловых потерь, подобные (0.001-0.005 Вт/м*К) значения коэффициента теплопроводности в десять и более раз ниже (более низкое значение коэффициента теплопроводности означает более высокую эффективность материала как теплоизолятора), чем, например, аналогичные показатели для минерально-ватных материалов, которые в настоящее время широко используются для целей теплоизоляции фасадов зданий. В качестве наглядной демонстрации «аномально низкого» коэффициента теплопроводности покрытий, содержащих микросферы, отдельные представители производителей или поставщиков покрытий, содержащих микросферы, достаточно часто ссылаются на результаты следующего «физического опыта»: на металлическую поверхность нагревательного элемента - электрической плиты, предназначенной, например, для приготовления пищи, разогретой до температуры порядка 170°C, помешается, например, прямоугольная пластина «теплоизолирующего материала» толщиной порядка одного миллиметра (или немногим более того). Если на разогретую до температуры выше температуры кипения поверхность нагревательного элемента электроплиты поместить каплю воды, то вода практически сразу закипает и быстро испаряется, в то же время капля воды, помещенная на поверхность «теплоизолирующего материала с микросферами», не закипает.

Интерпретация результатов вышеописанного эксперимента с применением так называемого «классического подхода» должна приводить к выводу о том, что температура поверхности «теплоизолирующего материала» заведомо ниже температуры кипения воды и применение подобных материалов должно способствовать существенному снижению тепловых потерь. В то же время результаты измерения скорости охлаждения образцов с нанесенными покрытиями, содержащими микросферы, показывают, что в целом ряде случаев наблюдаемое снижение тепловых потерь является заметно менее значительным, чем, например, при использовании слоя пенополиуретана толщиной всего в 3 мм, а в отдельных случаях происходит не снижение, а увеличение величины тепловых потерь.

По итогам проведенных ими экспериментов авторами было выдвинуто предположение о том, что в случае субстанций, содержащих полые микросферы, в качестве наполнителя имеет место явление перераспределения конвективной и радиационной составляющих, что в целом ряде случаев наблюдается именно при использовании фотонных или квазикристаллов.

Для проверки предположения о перераспределении конвективной и радиационной составляющих авторами был поставлен опыт, сходный с вышеописанной схемой размещения прямоугольного образца покрытия на металлической поверхности нагревательного элемента электрической плиты. Поверхность нагревательного элемента плиты была разогрета до температуры порядка 170°C, кипения капли воды на поверхности покрытия с микросферами, размещенного на нагревательном элементе, не происходило до того момента, пока капля не была накрыта алюминиевой фольгой. После «накрытия» капли куском фольги вода закипела и испарилась. Как известно из уровня техники, тонкий слой воды является достаточно прозрачным для инфракрасного излучения в диапазоне инфракрасных волн, расположенных относительно близко к «видимой» области, а алюминиевая фольга - это хороший отражатель инфракрасного излучения. Измерение температуры «разлитой» на поверхности покрытия воды контактным способом (с помощью термопары) показало значение температуры 64°C (без наличия алюминиевой фольги). В том случае если при расчетах коэффициента теплопроводности тонкого слоя покрытия, содержащего микросферы (толщиной порядка 1 мм), принять значение телоперепада 106°C (170-64), то расчетный коэффициент теплопроводности действительно будет иметь аномально низкое значение - близкое к тем величинам, которые заявляют отдельные производители и поставщики покрытий, содержащих микросферы, но в то же время вследствие специфичности процессов теплопереноса в покрытиях, содержащих микросферы, этот «расчетный коэффициент» не может являться однозначным критерием для оценки снижения тепловых потерь, тем более, как уже упоминалось ранее, в некоторых случаях, применение подобных покрытий приводит не к снижению, а, напротив, к увеличению тепловых потерь.

В том случае если «аномалии» (к подобным аномалиям можно отнести отсутствие кипения воды на тонком слое), наблюдаемые в случае материалов, содержащих полые микросферы, связаны с оптическими эффектами в инфракрасной области (что, в частности, должно иметь место в случае фотонных или квазикристаллов) для материалов, содержащих микросферы с размерностью внешнего диаметра порядка десятков микрон, следует ожидать существенного расхождения с закономерностями принципа аддитивности, наблюдаемыми в случае пористых материалов, в объеме (или на поверхности) которых оптические эффекты не играют столь заметной роли в эффекте снижения теплового потока. Для проверки предположения о возможном наличии «аномалии» в проявлении закономерности характерных для аддитивности пористых материалов в случае субстанций типа «микросферы - полимерное связующее» авторами была проведена серия опытов, результаты которых позволяют с уверенностью говорить о подтверждении выдвинутого предположения. Так, например, наблюдалось явление, когда при удвоении слоя материала, содержащего микросферы, получаемый эффект снижения тепловых потерь (по наблюдаемой скорости охлаждения воды) находился на уровне погрешности измерения температуры (0.5 градуса по шкале Цельсия).

При анализе явлений, наблюдаемых в случае субстанций типа «полые микросферы - полимерное связующее», сделанные авторами выводы позволяют уверенно говорить о том, что в случае применения подобных материалов на фасадах зданий значительная доля эффекта снижения расходов тепла для целей отопления может быть связана не только со снижением термического сопротивления ограждающих конструкций, но и привлечением дополнительного количества энергии солнца как мощного источника инфракрасного излучения. О роли солнечной энергии как фактора, снижающего расходы тепла на отопления в случае наличия на фасаде здания относительно тонкого слоя материала типа «полые микросферы - полимерное связующее», позволяют говорить и результаты опыта, отраженные в виде графиков на фиг.1. Для проверки влияния наличия на фасаде здания материала типа «полые микросферы - полимерное связующее» на изменение теплового баланса в объеме массивных ограждающих конструкций авторами была проведена серия опытов по облучению кирпичных блоков искусственным источником инфракрасного излучения. В ходе опытов при помощи терморезисторов изучалось изменение температуры вблизи поверхности кирпичных блоков, терморезисторы размещались в вертикальных отверстиях, просверленных параллельно облучаемой поверхности блока на расстоянии 20 мм от этой поверхности. После получения кривых нагрева при помощи программного обеспечения, поставляемого в комплекте измерителя-регулятора температуры ИРТ-4, осуществлялся мониторинг охлаждения образца после выключения источника инфракрасного излучения (в ходе опытов осуществлялся параллельный мониторинг двух образцов с различными вариантами исполнения внешней поверхности). Результаты опытов позволили выявить тот факт, что при наличии на поверхности кирпичного блока материала типа полые микросферы - полимерное связующее (при облучении поверхности источником инфракрасного излучения) может наблюдаться сходный по интенсивности нагрев по сравнению с блоком, на поверхности которого отсутствует какой-либо материал, и более медленное охлаждение. Таким образом, результаты опытов по облучению кирпичных блоков явным образом указывают на то, что наличие на фасаде здания материала типа полые микросферы - полимерное связующее позволяет изменять тепловой баланс ограждающих конструкций здания в сторону вовлечения в этот баланс дополнительного количества солнечной энергии, что в той или иной степени неизбежно должно сказываться на количестве энергии, потребляемой для целей отопления, например, отбираемой из тепловой сети в сторону снижения количества этой энергии. При проведении опытов по облучению поверхности кирпичных блоков был выявлен факт, что при нанесении тонкого слоя краски с больших количеством пигмента, отражающего инфракрасное излучение, (например чешуйчатого алюминия) на поверхность блока под слой материала, содержащего микросферы, скорость нагрева массива блока существенно снижается как по сравнению со случаями, когда на поверхности блока отсутствуют какие либо материалы, так и в случае, когда на поверхность блока нанесен только материал типа полые микросферы-полимерное связующее. Таким образом, результаты опытов по облучению источником инфракрасного излучения кирпичных блоков позволяют с уверенностью говорить о том, что по меньшей мере в ряде случаев эффект от использования на фасадах зданий материалов, содержащих полые микросферы, в существенной мере зависит от оптических свойств подложки по отношению к инфракрасному и/или видимому излучению, поступающему на поверхность, на которой имеется слой материала, содержащий микросферы. В том случае если в состав материала, по большей части, входят стеклянные микросферы (или микросферы из другого прозрачного материала), то влияние оптических свойств подложки на эффект энергосбережения (при использовании материала на фасадах зданий) очевиден, и в данном случае имеют место эффекты, сходные, например, с эффектами применения солнечного коллектора для целей отопления здания.

Применительно к бытовым и промышленным тепловым установкам, использующим солнечное излучение, в настоящее время разрабатываются селективные покрытия с большой поглощательной способностью в видимой части спектра и как можно более низкой излучательной способностью. Одним из вариантов исполн