RU2496046C2

RU2496046C2 - Method to measure thermal balance in volume of structural materials of technical items

Info

Publication number: RU2496046C2
Application number: RU2011114551/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Николаевич Астахов; Наталья Тихоновна Павлова
Original assignee: Дмитрий Николаевич Астахов; Наталья Тихоновна Павлова
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-10-20
Also published as: WO2012141619A3; WO2012141619A9; WO2012141619A2; RU2011114551A

Abstract

FIELD: power engineering.

SUBSTANCE: during realisation of the method in the space between at least a part of the area of the technical item surface and the volume of possible location of a source of radiant energy there is at least one layer of the material formed by the methods applied in respect to the layers of paint and varnish materials, at the same time the layer of the placed material is at least by 30% by volume consists of hollow microspheres fixed in the layer with the help of a binding substance, which occupies the remaining part of the layer volume, additionally by more than 30% of microspheres used within one and the same layer, consist of a material having transparency, different from zero, at least in the limited area of the spectrum of the radiant energy, capable of being supplied from the source of the radiant energy.

EFFECT: reduced amount of energy arriving in the volume of structural materials as a result of radiation of the outer surface by sources of ultraviolet light and infrared radiation.

25 cl, 1 dwg

Description

«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.“A method for changing the heat balance in the volume of structural materials of technical products” relates to the field of solar energy and the protection of structural materials of technical products from exposure to light ultraviolet and infrared radiation. The invention can also be used to protect against thermal effects during contact heat transfer. One of the main technical results of using the invention is to attract additional solar energy to reduce the amount of non-renewable energy used for heating buildings. The use of this method, under certain conditions, allows to reduce the amount of energy entering the volume of structural materials due to irradiation of the external surface with ultraviolet light and infrared radiation (radiant energy), which can be used, for example, to reduce energy during conditioning. The proposed method can also be used to improve the fire resistance of structural materials used, for example, in the construction of buildings and structures. In the framework of the proposed method, the achievement of a technical result involves the use of layers of materials of the type “hollow microspheres - polymer binder” with various combinations of the optical properties of the substrate on which such materials are applied, as well as the optical properties of the outer layer, the presence of which (the outer layer) in some cases is not compulsory. The materials “hollow microspheres polymer binder” are proposed to be applied to the surface of various structural materials in liquid form, followed by curing of the polymer binder. According to the authors of the invention “Method of changing the heat balance in the volume of structural materials”, the effects observed in the case of the use of materials such as “hollow microspheres - polymer binder”, in a number of cases, are caused not only by the properties inherent in a porous medium, but also by the manifestation of optical effects in visible and / or infrared.

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».The following is a quote from the text of the description of the invention “Method of redistributing the components of the heat flux”, information about which was not published at the time of filing the patent application “Method for changing the heat balance in the volume of structural materials of technical products”.

«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».“According to the authors' ideas about the essence of the phenomenon of a significant reduction in the flow of thermal energy through a layer of material containing hollow microspheres, when using an additional layer of aluminum foil or acrylic varnish containing aluminum powder, the process of reflection of the“ generated ”coating of the infrared component plays a significant role in this reduction in heat flux thermal energy against the background of a sufficiently high permeability of thin coating layers containing microspheres for infrared “generated” by these materials different radiation. In accordance with such representations, it is quite logical to assume that the degree of radiation / reflection of the surface to be coated should have a noticeable effect on the effects of changes in the total amount of energy transmitted through a “sandwich” consisting of a coating with microspheres and a heat-reflecting layer made for example, from aluminum foil. "

Конец цитаты.The end of the quote.

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.It should be noted that in the case of modern scientific ideas about the phenomena of thermal energy transfer, the properties described in the above citation, in particular, are possessed by the so-called “photonic crystals”. A short time after filing an application for a patent “Method of redistribution of components of the heat flux”, the authors discovered the publication “Photonic crystals based on polymer microspheres” in the scientific and technical journal “Photonics” [1]. In [1], information is given on observing the properties of photonic crystals in the case of monolayers of polymer microspheres fixed on the surface with a binder substance, while the diameter of the microspheres used to form monolayers was 6, 20, and 58 μm. According to the information given in [1], dense packing of a monolayer of microspheres with a relatively regular structure characteristic of a photonic crystal was achieved by measures that promote self-organization of the structure, in particular, the use of a substrate with good adhesive properties with respect to the surface of the used microspheres. Analyzing the information given in [1], the authors of the present invention drew attention to the facts that they observed during experiments with multilayer substances such as “hollow glass microspheres-polymer binder”, for example, in the flotation process of microspheres pre-mixed in liquid a polymer binder, in a number of cases, after a short time (often less than one day), a dense surface layer was formed in the resulting substance, mainly consisting of microspheres, and a substantial portion of the binder substance "squeezed out" in the lower part of the container in which the mixing was performed. Subject to the conditions of a sufficiently small spread of microspheres in outer diameters (of any exact classification), it should be expected that the formation of a surface layer formed during the flotation process of hollow microspheres under certain conditions, just as in the case of [1], one should expect the formation of a spatial structure , in geometric characteristics similar to the structure of photonic crystals. The formation of such (fairly regular) structures can also be promoted by such a ratio of the volumetric content of microspheres in the initially fluid substance, when the removal (for example, evaporation) of a part of the binder substance will result in the final concentration of microspheres (in a multilayer structure) being close to that ratio it is typical for a densely packed regular structure, while self-organization can be expected in the process of compaction of a structure such as hollow microspheres - a binder. At the same time, attention should be paid to the existence of such structures as “quasicrystals”. In the case of quasicrystals, the manifestation of properties (including optical) that are characteristic of true crystalline structures can also occur with fragmented ordering, which can be observed (fragmented ordering) in the form of the existence of clusters, for example, distributed over a volume with less strict regularity, which is to be expected in the case of a true crystalline structure. It should be noted that such clusters can consist of conglomerates of the type one microsphere, surrounded by a group of microspheres of approximately the same but smaller diameter than the microsphere that they surround, for this reason, the proposed method is not limited to the use of microspheres of the same diameter or type. In the case of manifestation of the properties characteristic of photonic crystals (or quasicrystals), a material such as hollow microspheres - a polymer binder, in a number of cases, becomes more attractive for use than just a structure containing cavities, and not only for thermal insulation purposes. One of the characteristic phenomena for the case of photonic (and quasi-) crystals is the so-called “semiconductor effect”, the presence of which can contribute to both an additional reduction in heat loss (compared with the case of using an irregular porous structure), and, conversely, heat transfer intensification, the latter In a number of cases it is also relevant, for example, for the purpose of reducing the costs of non-renewable energy resources for the heating of buildings.

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.According to the authors, the attractiveness of the proposed method lies in the possibility of forming structures exhibiting the properties of a three-dimensional photonic or quasicrystal by methods similar to those used in the formation of layers of paints and varnishes, which is reflected in paragraph 1 of the claims. Until now, similar possibilities associated with the formation of a structure exhibiting the properties of a three-dimensional photonic crystal by applying a relatively thick layer (with respect to the diameters of the used microspheres) to the surface, similar to the methods applied to paints and varnishes, have not been found by the authors among the publications available to them. At the same time, it should be noted that the signs observed by the authors of the presence of temperature boundaries of the effects associated with the manifestation of the properties of the photonic crystal do not allow us to say with absolute certainty that in the case of building facades, the manifestation of the energy-saving effect (as soon as the consequence of the presence of the properties of the photonic crystal) occurs at any value of the infrared radiation flux density, at the same time, the transparency of the glass and the porosity of the structure of materials such as “hollow glass microspheres - binder”, which (bind general) also has some transparency (even in a limited spectral region of the radiant energy entering the surface), they allow us to explicitly assume the presence of an additional radiation source (energy). It should also be noted that the transparent (at least in a limited region of the spectrum of radiant energy entering the surface) material of the microspheres can be not only glass, but also other, for example, polymeric materials.

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.When conducting experiments to study the thermophysical properties of relatively thin (0.5-2 mm) layers of materials containing hollow glass microspheres, the authors repeatedly observed phenomena that suggest that in the case of substances consisting of hollow glass microspheres (whose diameter is measured in the order of tens micrometers) and a polymer binder, in a number of cases, the signs of properties characteristic of photonic crystals are quite pronounced. In addition, it should be noted once again that in the presence of a sufficiently ordered arrangement of components (microspheres), a substance consisting of solid or hollow microspheres having a relatively small difference in diameters (a fairly accurate classification by diameter) is a typical example of a three-dimensional photonic crystal.

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.So, for example, when applying to the surface of a model (for example, a section of a pipeline) with a high reflection coefficient and a low absorption coefficient of infrared radiation, a relatively thin (about 0.4-0.6 mm) layer of a substance consisting of hollow glass microspheres having an external diameter of the order of tens of micrometers , and an acrylic-based binder at the initial temperature of the model of the order of 70-95 degrees Celsius, the authors observed intensification of heat transfer. From the point of view of predicting the properties of a porous substance (pores is the internal volume of microspheres) in accordance with the "classical" ideas about the thermophysical properties of materials, in the vast majority of cases, the use of a porous material on a "hot" metal surface should not lead to an increase, but to a decrease in thermal losses compared with the case when on the metal surface there is no additional layer of any porous material. One of the exceptions of the example given in the previous sentence is the presence on the surface of a substance that exhibits the properties of a photonic crystal to one degree or another.

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.When conducting experiments with the deposition of substances containing hollow microspheres on the surface of a selective material made according to the scheme of a one-dimensional photonic crystal (the selective material used on the surface of solar collectors was used), the authors obtained the result when, when irradiated with an infrared source, the heating rate of the model having only selective material on its surface, was noticeably lower (far beyond the temperature measurement errors) than for the case when A layer of substance (about 0.4–0.5 mm thick) consisting of microspheres and an acrylic-based binder was deposited on top of the selective material. During the experiments, sleeves made of sections of a steel pipe with an external diameter of 89 mm were used as heated models (the height of the sleeves was the same and was 350 mm), the sleeves were arranged vertically, the cylindrical surfaces of both sleeves were completely (“tightly”) wrapped with aluminum foil, on the surface of which several layers were preliminarily deposited by the method of magnetron sputtering in the form of thin films of titanium and its compounds with layer thicknesses of the order of the wavelength corresponding to the maximum ktra solar radiation, divided by the number, the calculation of which (developer selective material) has been used by the derivative value of the refractive indices of the materials used during the deposition of layers. On top of the selective material placed on the surface of one of the sleeves, a substance was applied consisting of hollow glass microspheres and an acrylic-based polymer binder (deposition was carried out on that part of the surface that was facing towards the infrared radiation source, the layer thickness was about 0.4 -0.5 mm). During the experiments, natural (sun) and artificial sources of infrared radiation were used. When assessing the heating intensity of the models (sleeves) with the energy of the infrared and visible radiation spectra, this intensity was associated with the rate of heating of water poured into the sleeves. Comparative monitoring of the heating rate of water in the sleeves (when irradiated with infrared radiation) was carried out using a two-channel (one channel for each of the two sleeves) measuring device-temperature regulator IRT-4/2 (version 1.3), accuracy class 0.1, the device has a certificate of type approval of a measuring instrument issued by the Federal Agency for Technical Regulation and Metrology (RU.C.32.083.A No. 25890), by the time of the experiment, the certificate of verification of the instrument was valid (issued on 07/11/2009 valid until 11/07/2011 0 g.). The certificate on calibration of the IRT-4/2 device (No. 03-154831128) was issued by the Federal State Institution Mendeleevsky TsMS. Periodically (immediately after measurements or between measurements), the IRT-4/2 device was additionally checked by immersing the thermistors connected to it (one for each measurement channel) in a laboratory thermostat - the difference between the readings of the thermostat thermometer and the device (for each of the two probes with thermistors) did not exceed 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.The results of one of the experiments on comparative monitoring of the heating of water in the sleeves when the sleeves are irradiated with an artificial infrared source are presented in Fig. 1, where the numbers 1 and 2 respectively indicate the monitoring line for the sleeves, on the surface of which only selective material is placed, and sleeves, where on the surface a selective material is coated with a layer of a substance containing hollow glass microspheres and an acrylic-based binder. Based on the study of the graphs presented in Fig. 1, we can conclude that the observed increase in the heating rate of water in the liner, on the surface of which a layer of material containing hollow glass microspheres is deposited, significantly exceeds the measurement error assumed in use as instrument for measuring the temperature of the IRT-4 device (accuracy class 0.1). From the point of view of predicting the properties of a porous substance (pores is the internal volume of microspheres) in accordance with the “classical” ideas about the thermophysical properties of materials, in the vast majority of cases, the use of a porous material on the surface of a volumetric body irradiated by infrared should not lead to an increase in the volume heating rate body, and to a decrease in the rate of heating of the body volume in comparison with the case when there is no additional layer of any porous ma terial, which includes a significant number of components capable of scattering infrared radiation, similar properties, namely, the high ability of infrared scattering by hollow microspheres, in particular, is considered in [4]. One of the exceptions of the example given in the previous sentence is the presence on the surface of the body of a substance that exhibits the properties of a photonic crystal to one degree or another, and, in particular, the presence of the so-called “semiconductor effect” observed precisely in the case of photonic crystals. At present, there are at least theoretical developments in which it is proposed to use photonic crystals to increase the efficiency of photovoltaic cells, which, according to the authors, in fact the mechanisms of occurring phenomena, is quite close to the results of experiments on irradiating models with infrared radiation. Thus, to date, there is an experimental fact, albeit indirectly, confirming that in the case of substances containing sufficiently tightly packed microspheres and an acrylic-based binder (when forming a layer by methods similar to those applied to layers of paints and varnishes), there are signs of manifestation of properties characteristic of photonic crystals.

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.To date, the authors have not found any publications in which the properties of substances containing more than one layer of hollow glass (or consisting of other materials) microspheres with a dimension of external diameters of the order of several tens of micrometers were somehow associated with the optical properties of photonic crystals , for example, on the basis of the same hollow microspheres, in [1] the properties characteristic of a photonic crystal are discussed only for the case of single-layer structures. The reason for this state of affairs is understandable enough for the authors, since from the point of view of modern generally accepted ideas about the nature of photonic crystals, their structure is quite ordered and even if they are “closely” packed, even closely spaced (tightly packed) microspheres, previously mixed in a certain binding “substrate” Indeed (or “most likely”) one should not expect any acceptable ordering of the structure for a noticeable manifestation of the characteristic properties of a photonic crystal. Most likely, in the case of a substance in which hollow microspheres occupy, for example, more than 50% by volume and were mixed with the binder substrate in a “chaotic manner”, it is expected that such a geometric analogue of a photonic crystal (after curing the binder substrate) can appear, rather , as a set of dislocations that occur with one or another frequency in the structure of true (mostly ordered by the structure of the arrangement of elements) photonic or even quasicrystals. So, for example, in [2] and [3] the properties of materials of the type “hollow microspheres - polymer binder” are considered solely from the point of view of ideas about the properties of dispersed media. At the same time, when studying individual publications, which touched upon issues related to the discussion of the properties of so-called “heat-insulating coatings” containing hollow microspheres, one can come across graphic displays of the results of spectrometric studies, a detailed examination of which reveals bursts of infrared radiation intensity, characteristic precisely for the case of the manifestation of the properties of a photonic crystal.

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.As an example of such a publication, we can cite publication [3], which is provided with a figure (Fig. 5, p. 50) on which you can see significant (in amplitude) bursts of infrared radiation intensity, one of which (bursts) is in close proximity to the border glass transparency in the infrared. The work [4] was devoted to studying the heat-insulating properties of materials containing hollow glass microspheres with an external diameter of the order of tens of micrometers, the conclusions drawn from the results of the work, during which experiments were conducted to measure the thermal conductivity of materials based on hollow glass microspheres, are the fact that the value of the thermal conductivity coefficients of such materials does not go beyond what can be observed in the case of porous materials used for thermal insulation purposes yats. When conducting experiments in the framework of [4], in particular, a pipeline section was used that was insulated from the ends with “plugs” made of heat-insulating material; in the internal volume of the pipeline section model, for reasons of uniformity of heating (for the maximum possible length along the length), an electric heating element, substances consisting of hollow microspheres as a filler and a curable binder were applied in liquid form on the surface of the model (varied in different experiments due to the volumetric content of microspheres in relation to the curable substance). During the experiments carried out as part of [4], no attention was paid to the optical properties of the surface of the pipeline model. It should be noted that when applying materials consisting of hollow microspheres with average outer diameters measured in the order of tens of micromeres and accuracy of classification by diameters characteristic of modern mass production (in particular, microspheres of the S-32, K-37 grades produced by 3M were used USA), on the surface of sleeves made of ordinary steel, as in the case of [4], the authors observed the effects of reducing heat losses characteristic of porous materials having a thickness of the same order as to and the applied layer of the composition is hollow microspheres - a polymer binder. So, for example, in the absence of a “reflective screen” (for example, made of aluminum foil) on the outside of the material containing hollow microspheres, a layer of such a material 1-2 mm thick, in a number of cases, in terms of the effect of reducing heat loss, is noticeable lost 3 mm thick sheet polyurethane foam. At the same time, when changing the optical properties of the surface of the sleeve to increase the ability to reflect infrared radiation (for example, wrapping with foil) when applying a layer of a substance consisting of hollow microspheres as a filler and a binder on an acrylic base, in a number of cases, the authors observed the phenomenon increase in the cooling rate of hot water poured into the sleeve, compared with the case when on a surface with a high degree of reflection of infrared radiation (and low emissivity) update themselves any porous material.

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.To verify the assumption that, in the case of substances in which hollow glass microspheres are used as filler, optical effects associated with properties characteristic of photonic crystals take place, the authors conducted an experiment in which a substance consisting of hollow glass microspheres and an acrylic-based binder substrate, a pigment intensely absorbing infrared radiation was abundantly added. When applying a richly pigmented substrate based on hollow microspheres to the surface of the model, which (the surface) had a high degree of reflection of infrared radiation, an increase in the heat transfer intensity when filling the internal volume with hot water was not observed, on the contrary, a noticeable (beyond the temperature measurement error) decrease in heat transfer rate. Thus, from the point of view of classical concepts of porous materials, if a substance containing a significant amount of hollow microspheres, a pigment intensely absorbing infrared radiation (black carbon was added), is added to a substance, regardless of the optical properties of the substrate, the material begins to exhibit heat-insulating properties and the "anomaly" associated with the phenomenon of intensification of heat transfer, is no longer manifested. According to the authors, the result of experiments with the addition of carbon black microspheres to the “heat insulating coating”, which (addition) inverts the effect of heat transfer enhancement in the presence of a substrate with a high reflection coefficient, is an additional factor that allows one to speak about the manifestation of optical effects in the infrared region in the case of substances containing hollow glass microspheres as filler. The results of experiments with the addition of soot to a substance consisting of hollow microspheres and an acrylic-based binder allow us to say that along with the effects associated with optical properties, in the case of “heat-insulating coatings” based on hollow microspheres, the properties associated with thermal resistance due to the porosity of the structure, which does not contradict generally accepted ideas about the properties of porous materials.

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.When analyzing the properties of materials consisting of hollow glass microspheres, the outer diameter of which is measured on the order of tens of micrometers and a binder on a polymer (acrylic) basis, the authors concluded that such materials are applicable not only for the purpose of reducing heat loss from heated surfaces, but also, for example, for the purpose of increasing the component of solar radiation in the heat balance of building envelopes. Currently, a number of manufacturers and suppliers of the so-called "insulating coatings", where hollow (including glass) microspheres are used as filler, it is proposed to use these materials for the purpose of thermal insulation, in particular, the facades of residential buildings. According to statements by a number of material manufacturers, where hollow glass microspheres (as well as microspheres made from other materials, for example plastics) are used as the main filler, the thermal conductivity of such materials lies in the range of 0.001-0.005 W / m * K. In terms of the possibilities of reducing heat losses, similar (0.001-0.005 W / m * K) values of the thermal conductivity are ten or more times lower (a lower value of the thermal conductivity coefficient means higher efficiency of the material as a heat insulator) than, for example, similar indicators for mineral-cotton materials, which are currently widely used for thermal insulation of building facades. As a visual demonstration of the "anomalously low" coefficient of thermal conductivity of coatings containing microspheres, some representatives of manufacturers or suppliers of coatings containing microspheres often refer to the results of the following "physical experience": on the metal surface of a heating element - an electric stove, designed, for example, for cooking, heated to a temperature of about 170 ° C, interferes, for example, a rectangular plate of "heat-insulating material" with a pore thickness order of one millimeter (or slightly more). If a drop of water is placed on a surface of a heating element of an electric stove warmed to a temperature above boiling point, then the water boils almost immediately and evaporates quickly, at the same time, a drop of water placed on the surface of the “heat-insulating material with microspheres” does not boil.

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.Interpretation of the results of the above experiment using the so-called “classical approach” should lead to the conclusion that the surface temperature of the “heat insulating material” is obviously lower than the boiling point of water and the use of such materials should significantly reduce heat loss. At the same time, the results of measuring the cooling rate of samples with coatings containing microspheres show that in a number of cases the observed decrease in heat loss is noticeably less significant than, for example, when using a layer of polyurethane foam with a thickness of only 3 mm, and in some cases there is no decrease, but an increase in the magnitude of the heat loss.

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.Based on the results of their experiments, the authors suggested that in the case of substances containing hollow microspheres, the phenomenon of redistribution of convective and radiation components occurs as a filler, which in a number of cases is observed when using photonic or quasicrystals.

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.To verify the assumption of the redistribution of convective and radiation components, the authors set an experiment similar to the above-described layout of a rectangular coating sample on the metal surface of a heating element of an electric stove. The surface of the heating element of the plate was heated to a temperature of about 170 ° C, boiling drops of water on the surface of the coating with microspheres placed on the heating element did not occur until the drop was covered with aluminum foil. After “coating” the drop with a piece of foil, the water boiled and evaporated. As is known from the prior art, a thin layer of water is sufficiently transparent for infrared radiation in the range of infrared waves located relatively close to the "visible" region, and aluminum foil is a good reflector of infrared radiation. Measurement of the temperature of the "spilled" on the surface of the water coating by contact method (using a thermocouple) showed a temperature of 64 ° C (without the presence of aluminum foil). In the case when, when calculating the thermal conductivity coefficient of a thin coating layer containing microspheres (about 1 mm thick), we take the telo-drop value of 106 ° C (170-64), then the calculated thermal conductivity coefficient will really have an anomalously low value - close to those values that are individual manufacturers and suppliers of coatings containing microspheres declare, but at the same time, due to the specificity of heat transfer processes in coatings containing microspheres, this “calculated coefficient” cannot be unambiguous m criterion for evaluating reduce heat loss, more so, as mentioned previously, in some cases, the application of such coating does not lead to a reduction, but on the contrary, an increase in heat losses.

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).In the event that “anomalies” (such anomalies include the absence of boiling water on a thin layer) observed in the case of materials containing hollow microspheres are associated with optical effects in the infrared region (which, in particular, should take place in the case of photonic or quasicrystals) for materials containing microspheres with an outer diameter dimension of the order of tens of microns, we should expect a significant discrepancy with the laws of the additivity principle observed in the case of porous materials in volume (or surface) whose optical effects do not play such a significant role in the effect of reducing heat flow. To verify the assumption about the possible presence of an “anomaly” in the manifestation of the regularity of porous materials characteristic of additivity in the case of substances such as “microspheres - polymer binder”, the authors conducted a series of experiments, the results of which allow us to speak with confidence about the confirmation of the hypothesis. So, for example, a phenomenon was observed when, when doubling a layer of a material containing microspheres, the resulting effect of reducing heat loss (by the observed cooling rate of water) was at the level of the error of temperature measurement (0.5 degrees Celsius).

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.When analyzing the phenomena observed in the case of substances of the type “hollow microspheres - polymer binder”, the conclusions made by the authors allow us to confidently say that in the case of using such materials on the facades of buildings, a significant part of the effect of reducing heat consumption for heating purposes can be associated not only with reducing thermal resistance of building envelopes, but also attracting additional energy from the sun as a powerful source of infrared radiation. The role of solar energy as a factor that reduces heat consumption for heating in the case of the presence on the building facade of a relatively thin layer of material such as "hollow microspheres - polymer binder", we can speak of the results of the experiment, reflected in the form of graphs in figure 1. To check the effect of the presence of a material of the type “hollow microspheres - polymer binder” on the facade of the building on the change in the heat balance in the volume of massive building envelopes, the authors conducted a series of experiments on irradiating brick blocks with an artificial source of infrared radiation. During the experiments, with the help of thermistors, the temperature change was studied near the surface of the brick blocks, the thermistors were placed in vertical holes drilled parallel to the irradiated surface of the block at a distance of 20 mm from this surface. After obtaining the heating curves using the software supplied with the IRT-4 temperature meter-controller, the cooling of the sample was monitored after the infrared radiation source was turned off (in the course of the experiments, two samples were monitored in parallel with different versions of the external surface). The results of the experiments revealed the fact that if there is a material such as hollow microspheres on the surface of a brick block - a polymer binder (when the surface is irradiated with an infrared radiation source), a similar heating can be observed in intensity compared to a block on the surface of which there is no material, and slower cooling. Thus, the results of experiments on the irradiation of brick blocks clearly indicate that the presence on the building facade of a material such as hollow microspheres - a polymer binder allows you to change the heat balance of the building envelope in the direction of involving in this balance an additional amount of solar energy, which in one way or another the degree must inevitably affect the amount of energy consumed for heating purposes, for example, taken from the heating network in the direction of reducing the amount of this energy. When conducting experiments on irradiating the surface of brick blocks, it was revealed that when a thin layer of paint with a large amount of pigment reflecting infrared radiation (for example, scaly aluminum) is applied to the surface of the block under a layer of material containing microspheres, the heating rate of the block array is significantly reduced as in comparison with cases when there are no materials on the surface of the block, and in the case when only the type of hollow microspheres-polymer binder is applied to the surface of the block. Thus, the results of experiments on irradiating a brick block with an infrared radiation source allow us to say with confidence that, at least in some cases, the effect of using materials containing hollow microspheres on building facades substantially depends on the optical properties of the substrate with respect to infrared and / or visible radiation entering a surface on which there is a layer of material containing microspheres. In the event that the composition of the material, for the most part, includes glass microspheres (or microspheres from another transparent material), then the influence of the optical properties of the substrate on the energy-saving effect (when using the material on building facades) is obvious, and in this case there are effects, similar, for example, to the effects of using a solar collector for heating a building.

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 исполнения подобных селективный покрытий являются слоистые покрытия, выполненные по схеме одномерного фотонного кристалла, когда оптические свойства слоев и их толщина удовлетворяют поставленной задаче. В качестве примера используемых подходов при создании многослойных селективных покрытий, выполненных по схеме многослойного одномерного фотонного кристалла, можно привести патент РФ №РФ 2407958 (дата публикации 27.12.2010 г.) «Многослойное селективное поглощающее покрытие для солнечного коллектора и способ его изготовления».With regard to domestic and industrial thermal installations using solar radiation, selective coatings are currently being developed with high absorption in the visible part of the spectrum and the lowest possible emissivity. One of the options for performing such selective coatings are layered coatings made according to the scheme of a one-dimensional photonic crystal, when the optical properties of the layers and their thickness satisfy the task. As an example of the approaches used to create multilayer selective coatings made according to the scheme of a multilayer one-dimensional photonic crystal, we can cite the patent of the Russian Federation No. RF 2407958 (publication date 12/27/2010) "Multilayer selective absorbent coating for the solar collector and method for its manufacture."

Согласно информации, изложенной в реферате патента РФ №2407958, «изобретение относится к гелиотехнике и может быть использовано в солнечных коллекторах, применяемых для теплоснабжения и хладоснабжения жилых и промышленных зданий и установок. Многослойное селективное поглощающее покрытие предназначено для нанесения на внешнюю поверхность теплоприемной панели солнечного коллектора, преобразующего излучение Солнца в тепло. Покрытие состоит из первого слоя титана толщиной d₁=λ₀/4n₁, второго слоя в виде окислов, карбидов или нитридов титана TiC_xO_y или TiN_x, толщиной d₂=λ₂/n₂, третьего слоя в виде силицида титана TiSi толщиной d₃=λ₀/4n₃, причем показатель преломления третьего слоя n₃=(n₂×n₀)^1/2, где λ₀ - длина волны, соответствующая максимуму спектра солнечного излучения, n₀ - показатель преломления воздуха, n₁ - показатель преломления первого слоя титана, n₂ - показатель преломления второго слоя из TiC_xO_y или TiN_x».According to the information set forth in the abstract of RF patent No. 2407958, “the invention relates to solar engineering and can be used in solar collectors used for heating and cold supply of residential and industrial buildings and installations. A multilayer selective absorbent coating is intended for application to the outer surface of the heat-receiving panel of a solar collector that converts solar radiation into heat. The coating consists of a first layer of titanium with a thickness of d ₁ = λ ₀ / 4n ₁ , a second layer in the form of oxides, carbides or nitrides of titanium TiC _x O _y or TiN _x , a thickness of d ₂ = λ ₂ / n ₂ , a third layer in the form of titanium silicide TiSi of thickness d ₃ = λ ₀ / 4n ₃ , and the refractive index of the third layer is n ₃ = (n ₂ × n ₀ ) ^1/2 , where λ ₀ is the wavelength corresponding to the maximum of the solar radiation spectrum, n ₀ is the refractive index of air, n ₁ is the refractive index of the first titanium layer, n ₂ is the refractive index of the second layer of TiC _x O _y or TiN _x ".

Одной из альтернатив многослойным селективным материалам являются материалы, содержащие частицы определенных пигментов.One alternative to multilayer selective materials is materials containing particles of certain pigments.

Для решения задач пожарной безопасности рассматриваются покрытия, имеющие высокий коэффициент отражения в диапазоне длин волн от 1 до 8 мкм. В частности, предлагаются обычные краски, в которые добавляют частицы оксидов металлов или частицы кремния диаметром 1-2 мкм [2].To solve fire safety problems, coatings are considered that have a high reflection coefficient in the wavelength range from 1 to 8 microns. In particular, conventional paints are proposed in which particles of metal oxides or silicon particles with a diameter of 1-2 μm are added [2].

Влияние свойств подложки на эффект применения материалов, содержащих полые микросферы, позволяет говорить о том, что наличие у подобных материалов (содержащих полые микросферы) собственного термического сопротивления в состоянии увеличить огнестойкость материалов, применяемых для защиты от термического воздействия различных конструкций, в том числе изготовленных из металлов и их сплавов. При использовании материалов, содержащих полые микросферы, для решения задач пожарной безопасности целесообразно использовать подложку с выраженными отражающими и/или рассеивающими свойствами. Подобные (отражающие и/или рассеивающие) подложки могут применяться и в случае необходимости избежания перегрева конструкционных материалов и материалов ограждающих конструкций в условиях жаркого климата.The effect of the properties of the substrate on the effect of using materials containing hollow microspheres allows us to say that the presence of such materials (containing hollow microspheres) of their own thermal resistance is able to increase the fire resistance of materials used to protect against thermal effects of various designs, including those made from metals and their alloys. When using materials containing hollow microspheres, it is advisable to use a substrate with pronounced reflective and / or scattering properties to solve fire safety problems. Similar (reflecting and / or scattering) substrates can also be used, if necessary, to avoid overheating of structural materials and building envelope materials in hot climates.

Первый независимый пункт формулы изобретения «Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий» сформулирован следующим образом:The first independent claim of the invention “Method of changing the heat balance in the volume of structural materials of technical products” is formulated as follows:

Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий, при котором в пространстве между, по меньшей мере, частью площади поверхности технического изделия и объемом возможного расположения источника лучистой энергии размещают не менее чем один слой материала, сформированного способами, применяемыми по отношению к слоям лакокрасочных материалов, при этом слой размещаемого материала не менее чем на 30% по объему состоит из полых микросфер, которые фиксируют в слое при помощи связующей субстанции, занимающей оставшуюся часть объема слоя, дополнительно более чем 30% микросфер, используемых в составе одного и того же, слоя состоят из материала, обладающего прозрачностью, отличной от нулевой, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии, способной поступать от источника лучистой энергии.A method of changing the heat balance in the volume of structural materials of technical products, in which at least one layer of material formed by methods applied to paint coatings is placed in the space between at least part of the surface area of the technical product and the volume of the possible location of the radiant energy source materials, while the layer of the placed material is not less than 30% by volume consists of hollow microspheres, which are fixed in the layer with a binder, The remaining part of the volume of the layer, in addition more than 30% of the microspheres used as part of the same layer, consists of a material having a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy, capable of coming from a source of radiant energy .

При этом не менее чем один слой, содержащий микросферы, формируют непосредственно на, по меньшей мере, части, по меньшей мере, одной из поверхностей, имеющихся в составе технического изделия, и в процессе формирования связующий материал находится в текучем состоянии, при этом связующий материал обладает способностью к последующему отверждению.At the same time, at least one layer containing microspheres is formed directly on at least part of at least one of the surfaces that are part of the technical product, and during the formation of the binder material is in a fluid state, while the binder material capable of subsequent curing.

Кроме того, оптические свойства, по меньшей мере, части площади, по меньшей мере, одной поверхности, входящей в состав технического изделия, со стороны возможного поступления потока лучистой энергии подвергают модификации.In addition, the optical properties of at least part of the area of at least one surface that is part of the technical product, from the side of the possible receipt of a stream of radiant energy is subjected to modification.

При этом перед размещением, по меньшей мере, одного слоя, содержащего микросферы, оптические свойства, по меньшей мере, части площади поверхности технического изделия подвергают модификации.Moreover, before placing at least one layer containing microspheres, the optical properties of at least part of the surface area of the technical product are modified.

При этом связующая субстанция не менее чем одного из используемых слоев имеет прозрачность, отличную от нулевой, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.Moreover, the binder substance of at least one of the layers used has a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

Кроме того, после отверждения связующая субстанция, входящая в состав не менее чем одного из используемых слоев, имеет прозрачность, отличную от нулевой, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, after curing, the binder, which is part of at least one of the layers used, has a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

Кроме того, связующая субстанция, входящая в состав не менее чем одного из используемых слоев, по меньшей мере, в ограниченной области диапазона лучистой энергии обладает отличным от материала, по меньшей мере, части используемых микросфер того же слоя коэффициентом преломления.In addition, a binder substance that is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the microspheres of the same layer.

Кроме того, после отверждения связующая субстанция, входящая в состав не менее чем одного из используемых слоев, по меньшей мере, в ограниченной области диапазона лучистой энергии обладает отличным от материала, по меньшей мере, части используемых микросфер в составе того же слоя коэффициентом преломления.In addition, after curing, the binder that is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the microspheres used in the same layer.

При этом связующая субстанция, входящая в состав не менее чем одного из используемых слоев, по меньшей мере, в ограниченной области диапазона лучистой энергии обладает отличным от материала, по меньшей мере, части используемых микросфер того же слоя коэффициентом преломления.Moreover, the binder substance, which is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the microspheres of the same layer.

Кроме того, после отверждения связующая субстанция, по меньшей мере, в ограниченной области диапазона лучистой энергии обладает отличным от материала, по меньшей мере, части используемых микросфер того же слоя коэффициентом преломления.In addition, after curing, the binder substance, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the microspheres of the same layer used.

При этом связующая субстанция, по меньшей мере, одного слоя, по меньшей мере, в ограниченной области диапазона лучистой энергии обладает отличным от материала, по меньшей мере, части используемых микросфер того же слоя коэффициентом преломления.Moreover, the binder substance of at least one layer, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the microspheres of the same layer used.

При этом не менее чем 70% используемых в составе одного и того же слоя микросфер имеют отклонения по размеру диаметра и толщине стенок на величины, не превышающие 30% от заданных средних значений.At the same time, not less than 70% of the microspheres used in the composition of the same layer have deviations in size and wall thickness by values not exceeding 30% of the specified average values.

При этом смесь газов, заполняющих объем, по меньшей мере, части микросфер, используемых в составе не менее чем одного слоя, находится при давлении ниже 0.1 МПа.In this case, the mixture of gases filling the volume of at least part of the microspheres used in the composition of at least one layer is at a pressure below 0.1 MPa.

Кроме того, за, по отношению к источнику лучистой энергии, по меньшей мере, одним слоем субстанции, содержащей полые микросферы, размещают, по меньшей мере, один слой, поверхность которого, обращенная к источнику лучистой энергии, обладает коэффициентом поглощения лучистой энергии не ниже 0.1, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, behind, in relation to the source of radiant energy, at least one layer of a substance containing hollow microspheres, at least one layer is placed, the surface of which, facing the source of radiant energy, has an absorption coefficient of radiant energy of at least 0.1 at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

Кроме того, за, по отношению к источнику лучистой энергии, по меньшей мере, одним слоем субстанции, содержащей полые микросферы, размещают, по меньшей мере, один слой материала, поверхность которого, обращенная к источнику лучистой энергии, облает селективными свойствами по отношению к лучистой энергии, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, for at least one layer of a substance containing hollow microspheres with respect to a radiant energy source, at least one layer of material is placed whose surface facing the radiant energy source has selective properties with respect to radiant energy, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

Кроме того, за, по отношению к источнику лучистой энергии, по меньшей мере, одним слоем, содержащим полые микросферы, размещают, по меньшей мере, один слой материала, поверхность которого имеет коэффициент отражения не ниже 0.5 и одновременно коэффициент излучения не выше 0.5, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, for, in relation to the source of radiant energy, at least one layer containing hollow microspheres, at least one layer of material is placed, the surface of which has a reflection coefficient of not less than 0.5 and at the same time an emissivity of not more than 0.5, according to at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

Кроме того, за, по отношению к источнику лучистой энергии, по меньшей мере, одним слоем, содержащим полые микросферы, размещают, по меньшей мере, один комбинированный слой, одна из поверхностей которого обладает селективными свойствами по отношению к лучистой энергии, одновременно противоположная сторона того же слоя обладает коэффициентом отражения не менее 0.5 и коэффициентом излучения не выше 0.5, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, behind, in relation to the source of radiant energy, at least one layer containing hollow microspheres, at least one combined layer is placed, one of the surfaces of which has selective properties with respect to radiant energy, while the opposite side the same layer has a reflection coefficient of not less than 0.5 and an emissivity of not higher than 0.5, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

Кроме того, за, по отношению к источнику лучистой энергии, по меньшей мере, одним слоем материала, содержащего полые микросферы, размещают, по меньшей мере, один слой материала, поверхность которого, обращенная к источнику лучистой энергии, имеет коэффициент отражения не ниже 0.5, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, behind, in relation to the source of radiant energy, at least one layer of material containing hollow microspheres, at least one layer of material is placed whose surface facing the source of radiant energy has a reflection coefficient of at least 0.5, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

Кроме того, на поверхности, по меньшей мере, одного слоя, содержащего микросферы, обращенного к источнику лучистой энергии, размещают слой материала, обладающего селективными свойствами по отношению к лучистой энергии, по меньшей мере, в ограниченной области инфракрасной и/или видимой части спектра.In addition, on the surface of at least one layer containing microspheres facing the source of radiant energy, a layer of material having selective properties with respect to radiant energy is placed in at least a limited area of the infrared and / or visible part of the spectrum.

Кроме того, перед, по отношению к источнику лучистой энергии, по меньшей мере, одним слоем, содержащим полые микросферы, размещают, по меньшей мере, один комбинированный слой, поверхность которого обладает селективными свойствами по отношению к лучистой энергии, одновременно противоположная поверхность того же комбинированного слоя обладает коэффициентом отражения не менее 0.5 и коэффициентом излучения не выше 0.5, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии.In addition, in front of, in relation to the radiant energy source, at least one layer containing hollow microspheres, at least one combined layer is placed, the surface of which has selective properties with respect to radiant energy, while the opposite surface of the same combined layer has a reflection coefficient of not less than 0.5 and an emissivity of not higher than 0.5, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

Оптические свойства поверхности (в том числе и в смысле возможностей модификации) в первом пункте формулы изобретения не обсуждаются по той причине, что в случае, например, необходимости защиты какого-либо изделия от излишнего нагрева под действием солнечного излучения, если поверхность изделия обладает выраженными отражающими свойствами по отношению к лучистой энергии, то применение способа может и не предполагать каких-либо мер по изменению оптических свойств поверхности. В том случае если «аномальные» свойства материалов типа полые микросферы - полимерное связующее в той или иной мере связаны со свойствами, проявляемыми в случае фотонных кристаллов, то, по меньшей мере, в ряде случаев на величины наблюдаемых эффектов должно влиять отношение коэффициентов преломления материала микросфер и материала связующей субстанции как в инфракрасной, так и в видимой области излучения. В пунктах 9-16 формулы изобретения описана возможность использование эффектов, связанных с разностью коэффициентов преломления материала микросфер и связующей субстанции. Для увеличения эффекта реализации привлечения в тепловой баланс ограждающих конструкций зданий дополнительного количества солнечной энергии весьма актуальными являются прозрачности материала микросфер и связующей субстанции как в видимой видимого, так и инфракрасной области спектра, что отражено в пунктах 5-8 формулы изобретения. Наличие «собственного» термического сопротивления полых микросфер в значительной степени зависит от свойств среды, находящейся внутри полостей, что отражено в пункте 18 формулы изобретения как возможность того, что смесь газов, находящаяся в полостях, по меньшей мере, части используемых микросфер может находится при давлении ниже атмосферного, вплоть до условного вакуума.The optical properties of the surface (including in the sense of modification possibilities) are not discussed in the first claim for the reason that, for example, in the case of, for example, the need to protect any product from excessive heat under the influence of solar radiation, if the surface of the product has pronounced reflective properties with respect to radiant energy, then the application of the method may not imply any measures to change the optical properties of the surface. In the event that the “anomalous” properties of materials such as hollow microspheres - a polymer binder are in one way or another related to the properties manifested in the case of photonic crystals, then, at least in some cases, the magnitude of the observed effects should be affected by the ratio of the refractive indices of the material of the microspheres and binder material in both the infrared and visible regions of the radiation. Paragraphs 9-16 of the claims describe the possibility of using effects associated with the difference in the refractive indices of the material of the microspheres and the binder. To increase the effect of attracting an additional amount of solar energy to the heat balance of building envelopes, the transparency of the microsphere material and the binder in both the visible and infrared spectral regions is very relevant, which is reflected in paragraphs 5-8 of the claims. The presence of “intrinsic” thermal resistance of hollow microspheres largely depends on the properties of the medium inside the cavities, which is reflected in paragraph 18 of the claims as the possibility that a mixture of gases in the cavities of at least part of the microspheres used can be under pressure below atmospheric, up to a conditional vacuum.

Полости, по меньшей мере, части микросфер могут быть заполнены газом с низким коэффициентом теплопроводности, и в том числе находящимся при относительно низком давлении.The cavities of at least part of the microspheres can be filled with gas with a low coefficient of thermal conductivity, including those at relatively low pressure.

Варьирование оптическими свойствами материалов подложки и внешнего «отражающего экрана» (при использовании такого экрана) также неизбежно должно сказываться на величине и направленности эффектов, что в рамках данного описания было подробно отражено при описании опытов, проведенных авторами. Авторами также было изучено и влияние свойств подложки (проявление селективности в той или иной мере) при использовании материалов, содержащих полые микросферы, в качестве теплоизолирующих материалов на нагретых поверхностях, и, по меньшей мере, в ряде случаев отмечалось увеличение эффекта в смысле снижения скорости нагрева моделей, используемых в экспериментах. Что касается нижней концентрации объемного содержания микросфер в используемых материалах, фигурируемой в пункте 1 формулы изобретения, то авторы считают влияние концентрации недостаточно изученной, в то же время следует привести цитату из работы [2]: «В первом приближении естественно также предположить, что микросферы не образуют регулярной структуры и не объединяются в кластеры. При не слишком высокой концентрации микросфер это означает, что микросферы можно рассматривать как независимые рассеиватели». В работе [2] теоретическая объемная концентрация микросфер, когда они выполняют только рассеивающую функцию, принята на уровне 30%, авторами было принято решение ориентироваться на эту величину как на нижний предел концентрации микросфер, поскольку только рассеиванием наблюдаемые эффекты (например, интенсификацию теплообмена) объяснить достаточно трудно.The variation in the optical properties of the substrate materials and the external “reflective screen” (when using such a screen) should also inevitably affect the magnitude and direction of the effects, which was described in detail in the description of the experiments conducted by the authors. The authors also studied the influence of the properties of the substrate (manifestation of selectivity to one degree or another) when using materials containing hollow microspheres as heat-insulating materials on heated surfaces, and at least in some cases an increase in the effect was noted in the sense of lowering the heating rate models used in experiments. As for the lower concentration of the volumetric content of microspheres in the materials used, which is described in paragraph 1 of the claims, the authors consider the effect of concentration to be insufficiently studied, while at the same time, a quote from [2] should be cited: “As a first approximation, it is also natural to assume that microspheres do not form a regular structure and are not clustered. With a not too high concentration of microspheres, this means that microspheres can be considered as independent scatterers. " In [2], the theoretical volume concentration of microspheres, when they perform only the scattering function, was adopted at the level of 30%, the authors decided to focus on this value as the lower limit of the concentration of microspheres, since only the scattering can explain the observed effects (for example, the intensification of heat transfer) hard enough.

В качестве наиболее близкого аналога предлагаемого изобретения авторами выбран патент РФ №2382164 «Солнечный фасад с вакуумированным стеклопакетом» (опубликован 20.02 2010 г.). Согласно информации, изложенной в автореферате к патенту РФ №2382164 «Изобретение относится к области строительства, а именно к конструкциям фасадов зданий. Изобретение позволит повысить теплоизоляционные свойства стены здания. Солнечный фасад с вакуумированным стеклопакетом содержит стену с поглощающей поверхностью и вакуумированный стеклопакет с вакуумом 10^-3-10^-4 мм рт.ст. и с селективным покрытием на внутренней поверхности стекла с излучательной способностью ∈=0,1. Поглощающая поверхность выполнена с селективным покрытием, имеющем коэффициент поглощения α=0,95 и коэффициентом излучательной способности ∈=0,1.As the closest analogue of the invention, the authors chose the patent of the Russian Federation No. 2382164 "Solar facade with evacuated double-glazed window" (published on February 20, 2010). According to the information set forth in the abstract to the patent of the Russian Federation No. 2382164 “The invention relates to the field of construction, namely, to the construction of building facades. The invention will improve the thermal insulation properties of the walls of the building. The solar facade with a vacuum double-glazed window contains a wall with an absorbing surface and a vacuum double-glazed window with a vacuum of 10 ^-3 -10 ^-4 mm Hg and with a selective coating on the inner surface of the glass with emissivity ∈ = 0.1. The absorbing surface is made with a selective coating having an absorption coefficient α = 0.95 and emissivity coefficient ∈ = 0.1.

В случае патента РФ №2382164 аналогом полых микросфер является обладающий прозрачностью в, по меньшей мере, ограниченной области спектра лучистой энергии (поступающей на поверхность) стеклопакет, а аналогом подходящей (или модифицированной) по оптическим свойствам поверхности является селективный материал с высоким коэффициентом поглощения и относительно низким коэффициентом излучения.In the case of RF patent No. 2382164, an analogue of hollow microspheres is a glass packet having transparency in at least a limited region of the spectrum of radiant energy (arriving at the surface), and an analogue of a suitable (or modified) optical surface is a selective material with a high absorption coefficient and relatively low emissivity.

Недостатками концепции, предложенной в случае патента РФ №2382164, например, для применения на фасадах ранее возведенных зданий является необходимость проведения дорогостоящих строительно-монтажных работ и создание дополнительных нагрузок на несущие конструкции.The disadvantages of the concept proposed in the case of RF patent No. 2382164, for example, for application on the facades of previously constructed buildings is the need for expensive construction and installation work and the creation of additional loads on the supporting structures.

Поскольку материал типа «полые микросферы-связующее» обладает собственным термическим сопротивлением (так же как и стеклопакет в случае патента РФ №2382164), а, по меньшей мере, часть микросфер является прозрачной в, по меньшей мере, ограниченной области спектра лучистой энергии (поступающей на поверхность), то, по своей физической сущности, эффект, достигаемый применением материала типа «полые микросферы-связующее», является аналогичным и связан с привлечением в качестве источника энергии солнечной энергии. В пункте 1 формулы изобретения намеренно не затронут вопрос, связанный с оптическими свойствами связующей субстанции, поскольку в случае, например, фасадов зданий способ может использоваться и при отсутствии эффектов, связанных со свойствами фотонных кристаллов, и в таком варианте аналогом стеклопакетов (патент РФ №2382164) будут являться прозрачные микросферы, расположенные в наружном слое материала типа полые микросферы-связующее. Согласно мнению авторов в случае применение менее 30% «прозрачных» микросфер эффект энергосбережения на фасадах, по большей части, будет связан с пористостью структуры.Since the material of the type "hollow microspheres-binder" has its own thermal resistance (as well as glass in the case of RF patent No. 2382164), and at least part of the microspheres is transparent in at least a limited region of the spectrum of radiant energy (incoming to the surface), then, in its physical essence, the effect achieved by the use of a material of the type “hollow microspheres-binder” is similar and is associated with the use of solar energy as a source of energy. In paragraph 1 of the claims, the issue related to the optical properties of the binder is not deliberately addressed, since in the case of, for example, building facades, the method can be used in the absence of effects associated with the properties of photonic crystals, and in this embodiment, an analog of glass packets (RF patent No. 2382164 ) will be transparent microspheres located in the outer layer of a material such as hollow microspheres-binder. According to the authors, in the case of using less than 30% of “transparent” microspheres, the energy-saving effect on the facades, for the most part, will be associated with the porosity of the structure.

Что касается «прозрачности» микросфер и связующей субстанции, следует отметить, что такое понятие, как «прозрачность» в случае, например, солнечного излучения является достаточно относительным понятием, так, например, граница прозрачности стекла в инфракрасной области составляет величину порядка длины волны излучения 2.4 мкм, по этой причине в формуле изобретения фигурирует выражение «прозрачность, отличная от нулевой, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии».As for the “transparency” of microspheres and a binder, it should be noted that such a thing as “transparency” in the case of, for example, solar radiation is a fairly relative concept, for example, the transparency boundary of glass in the infrared region is of the order of the radiation wavelength 2.4 μm, for this reason, the expression "transparency other than zero, at least in a limited region of the radiant energy spectrum" appears in the claims.

Что касается размеров микросфер и точности их классификации, то согласно мнению авторов, в случае наличия проявления свойств фотонного или квазикристалла, размерность и точность классификации неизбежно должны в той или иной степени сказываться на численные значения наблюдаемых эффектов, по этой причине в пункте 17 формулы изобретения приведены численные значения верхних границ точности классификации используемых микросфер. Следует отметить, что существенных эффектов от применения материалов, содержащих микросферы, следует ожидать при размерности микросфер, измеряемой не только порядками десятков микрометра (использовалось авторами), но и единиц и десятых (видимый спектр солнечного излучения) частей микрометра, поскольку предлагаемый способ предполагает использование нескольких слоев микросфер, это неизбежно накладывает ограничение на минимальную толщину применяемых слоев, которая должна измеряться десятыми долями микрометра, что отражено в первом пункте формулы изобретения нижней границей размерности толщины слоя 0.5 мкм, но подобное ограничение по толщине не было введено в формулу изобретения. Использование слоев микросфер, удаленных от «целевой поверхности», может быть целесообразно, например, в случае конструкций, обладающих ненулевой прозрачностью в видимой области спектра лучистой энергии. Так, например, нанесение тонкого слоя, содержащего полые «прозрачные» микросферы («прозрачность, отличная от нулевой, по меньшей мере, в ограниченной области спектра лучистой энергии), на стекло, входящее в состав ограждающей конструкции здания, по меньшей мере, частично сохранит прозрачность конструкции и в то же время увеличит термическое сопротивление изготовленного из стекла элемента ограждающей конструкции, сохранение прозрачности приведет к тому, что солнечная энергия (пускай даже трансформированная наличием эффекта фотонного кристалла) будет продолжать поступать во внутренний объем помещения, что в свою очередь будет приводить к нагреву, например, стены, расположенной на некотором отдалении от «прозрачной» конструкции, последнее обстоятельство в той или иной степени может сопровождаться энергосберегающим эффектом.As for the size of the microspheres and the accuracy of their classification, according to the authors, if there is a manifestation of the properties of a photonic or quasicrystal, the dimension and accuracy of the classification must inevitably affect the numerical values of the observed effects to one degree or another, for this reason, paragraph 17 of the claims provides numerical values of the upper limits of the classification accuracy of the used microspheres. It should be noted that significant effects from the use of materials containing microspheres should be expected with a dimension of microspheres measured not only in the order of tens of micrometers (used by the authors), but also in units and tenths (visible spectrum of solar radiation) of the micrometer, since the proposed method involves the use of several layers of microspheres, this inevitably imposes a restriction on the minimum thickness of the applied layers, which should be measured in tenths of a micrometer, which is reflected in the first pun To the formula of the invention, the lower limit of the dimension of the thickness of the layer is 0.5 μm, but a similar limitation on the thickness was not introduced in the claims. The use of layers of microspheres remote from the "target surface" may be appropriate, for example, in the case of structures with non-zero transparency in the visible region of the spectrum of radiant energy. So, for example, applying a thin layer containing hollow "transparent" microspheres ("transparency other than zero, at least in a limited region of the radiant energy spectrum) on glass, which is part of the building envelope, will at least partially preserve transparency of the structure and at the same time increase the thermal resistance of the building element made of glass, maintaining transparency will lead to the fact that solar energy (even if it is transformed by the presence of the effect of photon cr istalla) will continue to enter the internal volume of the room, which in turn will lead to heating, for example, of a wall located at some distance from the "transparent" structure, the latter circumstance to some extent may be accompanied by an energy-saving effect.

Учитывая средние масштабы помещений жилых и общественных зданий, авторы планировали ввести в формулу изобретения ограничение по удаленности слоя содержащего микросферы, от «целевой поверхности» на уровне 50000 миллиметров, в то же время, учитывая тот факт, что в случае «масштабных сооружений» (например, вокзалов) это расстояние может являться и большим, подобное ограничение не было введено в формулу изобретения. Дополнительно следует отметить, что совместное применение слоев стекла со слоями материала типа «полые стеклянные микросферы - связующее» (в случае проявления свойств фотонного кристалла) может приводить как к увеличению, так и снижению суммарного количества энергии, поступающего в объем, например, помещения при наличии внешнего источника инфракрасного излучения, последнее предполагает, что целевой поверхностью может являться не только, например, стена здания, расположенная за светопрозрачной конструкцией, но и одновременно (или исключительно) стекло, из которого изготовлена подобная конструкция. При нанесении слоя материала типа «микросферы - связующее» на стекло поверхность стекла, например, предварительно может быть подвергнута модификации в смысле изменения оптических свойств. Использование под слоем типа микросферы - связующее поверхности или нанесенного слоя с максимально высоким коэффициентом отражения и/или рассеяния инфракрасной составляющей лучистой энергии актуально и случае использования предлагаемого способа для целей повышения пожароустойчивости различных сооружений и конструкций. В ряде случаев, например, при необходимости регулирования и/или фиксации количества энергии, поступающей извне (и/или наружу), оптические свойства поверхности, на которую наносится материал типа «микросферы - связующее», могут быть подвергнуты модификации частично (на некоторой части площади поверхности), подобное может быть достигнуто, например, нанесением полос лакокрасочного материала с высокой отражающей, и/или рассеивающей, и/или селективной способностью определенной расчетной ширины с расчетным шагом, в пунктах 3 и 4 формулы изобретения подобная возможность предполагается применением такой фразы, как «отличающийся тем, что оптические свойства, по меньшей мере, части площади поверхности технического изделия модифицируют». При необходимости ограничения поступление энергии в объем различных технических изделий и/или регулирования теплового баланса объемов конструкционных материалов возможно применение такой меры, как изменения соотношений поглощающей, и/или отражающей, и/или рассеивающей способности как поверхности, на которую наносится материал типа «микросферы - связующее», так и применение мер по изменению оптических свойств поверхности, обращенной к источнику инфракрасного излучения. Поясняя информацию, изложенную в пунктах 21, 22, 23 и 25 формулы изобретения, следует отметить, что согласно мнению авторов при использовании субстанций типа «микросферы - связующее» практически значимый результат может быть получен при любых оптических свойствах поверхностей, на которых используются подобные субстанции. Варьирование соотношением коэффициента поглощения и отражение поверхности может иметь практический смысл, например, в том случае, когда наряду с избежанием перегрева какой-либо конструкции под действием инфракрасного излучения определенной интенсивности необходимо, чтобы часть тепловой энергии все же поступала в объем конструкции, в этом случае регулирующим фактором будет являться именно определенное соотношение отражающей и излучающей способностей поверхности, на которой используется материал типа «полые микросферы - полимерное связующее». Следует привести пример следующего технического решения: параллельно поверхности конструкции, обращенной к источнику лучистой энергии, находится слой металлической фольги, внешняя (по отношению к источнику) поверхность которой методом нанесения тонкого слоя оксида меди модифицирована в селективный материал, одновременно внутренняя поверхность (противоположная по отношении к источнику излучения) является отражающим слоем по отношению к слою материала типа «полые микросферы - связующее», расположенному на противоположной стороне «вспомогательного слоя», в данном случае при условии наличия эффектов, связанных с проявлением свойств фотонного или квазикристалла, (либо дисперсной среды) в качестве одного из регулирующих факторов будет выступать собственное (не связанное со свойствами, например, фотонного кристалла) термическое сопротивление слоя, содержащего полые микросферы (как пористой структуры). В то же время селективные свойства поверхности (с нанесенным слоем материала «полые микросферы - полимерное связующее»), обращенной к источнику инфракрасного излучения, будет способствовать разогреву объема размещенной на поверхности энергосберегающей конструкции, одновременно выраженная отражающая способность противоположной стороны вспомогательного слоя (при наличие на ней слоя материала, содержащего микросферы) будет способствовать наличию полупроводникового эффекта - аккумуляции энергии излучения внешнего источника с одновременным снижением интенсивности теплообмена по направлению «конструкционный материал - окружающая среда». Различные варианты возможностей изменения баланса тепловой энергии методом варьирования соотношениями излучающей/поглощающей способности подложки и/или промежуточных слоев приведены в пунктах 19-25 формулы изобретения. Поскольку, при определенных условиях, оптические свойства поверхности, на которую наносится материал полые «микросферы - полимерное связующее», играют существенную роль в эффекте снижения или увеличения интенсивности теплообмена, то в зависимости от необходимого технического результата актуальным является сочетание поглощающей и излучательной способности в достаточно широких пределах. В пункте 20 формулы изобретения отражены актуальные, по мнению авторов, границы, связанные с сочетанием излучающей и поглощающей способности поверхности. В качестве конкретного примера такого сочетания можно привести лакокрасочный материал, обладающий более высоким коэффициентом излучения, чем металлическая фольга или металлизированный лавсан (использование которых явным образом укладывается в рамки предлагаемого способа), и в то же время более высоким коэффициентом излучения, чем та же металлическая фольга, подобный материал будет способствовать меньшему отражению инфракрасного и/или видимого излучения, и в то же время часть поглощенной энергии будет аккумулироваться в объеме конструкционного материала, подобное сочетание будет являться тем же самым «регулирующим фактором», связанным с варьированием оптических свойств поверхностей в достаточно широких пределах.Given the average scale of the premises of residential and public buildings, the authors planned to introduce a restriction on the distance of the layer containing microspheres from the “target surface” at the level of 50,000 millimeters in the claims, at the same time, given the fact that in the case of “large-scale structures” (for example , stations) this distance may be large, a similar restriction was not introduced in the claims. In addition, it should be noted that the combined use of glass layers with layers of material such as “hollow glass microspheres - binder” (in the case of manifestation of the properties of a photonic crystal) can lead to both an increase and a decrease in the total amount of energy entering the volume, for example, in the presence of external source of infrared radiation, the latter suggests that the target surface can be not only, for example, a wall of a building located behind a translucent structure, but also at the same time (or eliminate distinctly) the glass of which this design is made. When applying a layer of material such as "microspheres - binder" on glass, the glass surface, for example, can be preliminarily modified in the sense of changing optical properties. The use of a type of microsphere - a binder surface or a deposited layer with the highest possible reflection and / or scattering coefficient of the infrared component of radiant energy under the layer is also relevant if the proposed method is used to increase the fire resistance of various structures and structures. In some cases, for example, if it is necessary to regulate and / or fix the amount of energy coming from outside (and / or outside), the optical properties of the surface onto which the material such as "microspheres - binder" can be applied can be partially modified (on some part of the area surface), this can be achieved, for example, by applying strips of a paint material with a high reflective and / or scattering and / or selective ability of a certain design width with a design step in paragraphs 3 and 4 of the claims This possibility is assumed by the use of such a phrase as “characterized in that the optical properties of at least part of the surface area of the technical product are modified”. If it is necessary to limit the energy input into the volume of various technical products and / or to regulate the heat balance of the volumes of structural materials, it is possible to apply such a measure as changing the ratios of absorbing and / or reflecting and / or scattering ability as a surface onto which a material of the type “microspheres - binder ”, as well as the application of measures to change the optical properties of the surface facing the source of infrared radiation. Explaining the information set forth in paragraphs 21, 22, 23 and 25 of the claims, it should be noted that, according to the authors, when using substances such as “microspheres - binder”, a practically significant result can be obtained with any optical properties of surfaces on which similar substances are used. Varying the ratio of the absorption coefficient and reflection of the surface can make sense, for example, in the case when, in addition to avoiding overheating of a structure under the influence of infrared radiation of a certain intensity, it is necessary that part of the thermal energy still enter the volume of the structure, in this case, regulatory the factor will be precisely a certain ratio of the reflecting and emitting abilities of the surface on which the material is used such as “hollow microspheres - polymer vyazuyuschee ". An example of the following technical solution should be given: parallel to the surface of the structure facing the source of radiant energy, there is a layer of metal foil, the outer (relative to the source) surface of which is modified by applying a thin layer of copper oxide to a selective material, while the inner surface (opposite to the radiation source) is a reflective layer in relation to the layer of material of the type "hollow microspheres - binder", located on the opposite side of the "sun help layer ”, in this case, provided that there are effects associated with the manifestation of the properties of the photonic or quasicrystal (or dispersed medium), one of the regulatory factors will be the intrinsic (not related to the properties of, for example, photonic crystal) thermal resistance of the layer containing hollow microspheres (as a porous structure). At the same time, the selective properties of the surface (coated with a layer of material “hollow microspheres - polymer binder”) facing the infrared radiation source will contribute to the heating of the volume of the energy-saving structure placed on the surface, while the expressed reflectivity of the opposite side of the auxiliary layer (if any layer of material containing microspheres) will contribute to the presence of a semiconductor effect - the accumulation of radiation energy from an external source at the same time a decrease in heat transfer intensity in the direction “structural material - environment”. Various options for changing the balance of thermal energy by varying the ratios of the emitting / absorbing ability of the substrate and / or intermediate layers are given in paragraphs 19-25 of the claims. Since, under certain conditions, the optical properties of the surface on which the material is applied, the hollow “microspheres - polymer binder” play a significant role in the effect of reducing or increasing the heat transfer intensity, depending on the required technical result, the combination of absorbing and emissivity in a fairly wide range is relevant limits. In paragraph 20 of the claims reflected the actual, according to the authors, the boundaries associated with the combination of the emitting and absorbing ability of the surface. As a concrete example of such a combination, we can cite a paint and varnish material with a higher emissivity than a metal foil or metallized lavsan (the use of which clearly fits into the framework of the proposed method), and at the same time, a higher emissivity than the same metal foil , such a material will contribute to less reflection of infrared and / or visible radiation, and at the same time, part of the absorbed energy will accumulate in the volume of const uktsionnogo material, such a combination will be the same "regulatory factor" related to the variation of the optical properties of surfaces in a fairly wide range.

Применение под достаточно тонким слоем материала «полые микросферы - полимерное связующее» селективного материала (как показано примером приведенным на фиг.1) в ряде случаев способствует накоплению тепловой энергии в объеме технического изделия, что, например, в случае зданий, находящихся в условиях умеренного климата, может способствовать энергосберегающему эффекту, в случае жаркого климата более актуальным может являться применение отражающей подложки (высокий коэффициент отражения инфракрасного и/или видимого излучения). Таким образом пункты 19-21 формулы изобретения по сути описывают варианты модификации оптических свойств поверхностей, возможность которой (модификации) явным образом указывается в пункте 3 формулы.The use of a selective material under a sufficiently thin layer of “hollow microspheres - polymer binder” material (as shown by the example shown in FIG. 1) in some cases contributes to the accumulation of thermal energy in the volume of a technical product, which, for example, in the case of buildings in temperate climates , can contribute to the energy-saving effect, in the case of a hot climate, the use of a reflective substrate (high reflectance of infrared and / or visible radiation) may be more relevant. Thus, paragraphs 19-21 of the claims essentially describe options for modifying the optical properties of surfaces, the possibility of which (modification) is explicitly indicated in paragraph 3 of the claims.

Применение такой фразы в независимом пункте изобретения, как «по меньшей мере, части поверхности технического изделия», оправдано тем фактом, что, например, в случае применения способа для целей снижения расхода невозобновляемых энергоресурсов, используемых при отоплении зданий, в ряде случаев, нанесение слоев материала типа «полые микросферы - связующее» на всю поверхность ограждающих конструкций может не являться целесообразным вследствие, например, значительной затененности определенных фрагментов поверхности фасада на протяжении всего светового дня.The use of such a phrase in an independent claim as “at least part of the surface of a technical product” is justified by the fact that, for example, in the case of applying the method to reduce the consumption of non-renewable energy used in heating buildings, in some cases, applying layers material of the type “hollow microspheres - binder” on the entire surface of the building envelope may not be appropriate due to, for example, significant shading of certain fragments of the facade surface over the length daylight hours.

В настоящее время влияние затененности фасада на эффект применения материалов типа полые микросферы - связующее (в смысле снижения затрат энергоресурсов на отопление) не является сколь-либо подробно изученным вопросом, в то же время не исключена вероятность того, что в смысле изыскания дополнительных резервов энергосбережения сильно затененные (на протяжении всего светового дня) области фасадов зданий целесообразней теплоизолировать с применением так называемых «традиционных теплоизолирующих материалов». В любом случае при изучении заключений, в которых, например, представители управляющих компаний делали заключения по поводу объемов снижения энергопотребления на цели отопления после нанесения на фасад здания слоев материала типа полые микросферы - полимерное связующее, авторы обращали внимание на факты, позволяющие, по меньшей мере, предполагать, что в случае однотипных зданий величины эффектов энергосбережения могут отличаться на величину порядка 10% (и даже более). Согласно мнению авторов, невозможно полностью исключать вероятность того, что в случае применения материалов, включающих в свой состав полые прозрачные микросферы, на фасадах зданий эффект энергосбережения, в значительной степени, зависит от количества солнечной энергии, поступающей на поверхность фасада в светлое время суток, что, пускай и косвенно, подтверждается проведенными авторами опытами по облучению поверхностей источниками инфракрасного излучения.Currently, the influence of facade shading on the effect of using materials such as hollow microspheres - the binder (in the sense of reducing energy costs for heating) is not a thoroughly studied issue, at the same time, it is possible that in the sense of finding additional reserves of energy saving shaded (throughout the daylight hours) areas of building facades are more appropriate to insulate using the so-called "traditional heat-insulating materials". In any case, when studying the conclusions in which, for example, representatives of management companies made conclusions about the volume of energy consumption reduction for heating purposes after applying layers of material such as hollow microspheres - a polymer binder to the building’s facade, the authors drew attention to facts that allow at least , suggest that in the case of buildings of the same type, the magnitude of the energy-saving effects may differ by about 10% (or even more). According to the authors, it is impossible to completely exclude the possibility that, in the case of the use of materials including hollow transparent microspheres on the facades of buildings, the energy-saving effect largely depends on the amount of solar energy entering the facade surface during daylight hours, which , albeit indirectly, is confirmed by the experiments conducted by the authors on irradiating surfaces with infrared sources.

Что касается применения такой фразы в первом пункте формулы изобретения, как «не менее одного слоя», оправдано тем, что достижение требуемого эффекта, в целом ряде случаев, требует применения нескольких последовательно наносимых слоев и в то же время использование способа не исключает применения сразу нескольких слоев, включающих в свой состав полые микросферы, которые (слои) могут и не контактировать непосредственно, либо при наличии непосредственного (в том числе и адгезионного) контакта иметь принципиально отличные оптические свойства, например, различаться по коэффициенту преломления связующей субстанции, что может быть использовано для целей реализации оптического эффекта отражения (среда-среда), распространяющегося (как известно из уровня техники) и на инфракрасную область спектра лучистой энергии.As for the use of such a phrase in the first paragraph of the claims as “at least one layer”, it is justified by the fact that achieving the desired effect, in a number of cases, requires the use of several successively applied layers and at the same time, the use of the method does not exclude the application of several layers including hollow microspheres, which (layers) may not directly contact, or in the presence of direct (including adhesive) contact, have fundamentally different optical properties and, for example, differ in refractive index of the binder substance, which may be used for the purposes of optical reflection effect (the medium-medium) propagating (as known in the art) and infrared region of the spectrum of radiant energy.

При использовании материалов типа «полые микросферы - связующее» на фасадах зданий и во внутренних помещениях, в ряде случаев, в состав используемых материалов, например, связующей субстанции, целесообразно введение биоцидных добавок, антикоррозионные добавки актуальны при наличии металлических поверхностей. При использовании способа для целей повышения пожароустойчивости различных материалов и конструкций в ряде случаев может быть актуально применение компонентов, способствующих вспучиванию при превышении предельного значения температуры, и/или компонентов, применяемых в пропиточных противопожарных составах.When using materials such as “hollow microspheres - a binder” on the facades of buildings and in the interior, in some cases, it is advisable to introduce biocidal additives into the composition of the materials used, for example, a binder, and anticorrosion additives are relevant in the presence of metal surfaces. When using the method for the purpose of increasing fire resistance of various materials and structures, in some cases it may be relevant to use components that contribute to expansion when the temperature limit value is exceeded, and / or components used in impregnating fire fighting compositions.

В заключение, согласно мнению авторов, следует привести обоснования имеющегося у них мнения по поводу выбора такого названия, как «Способ изменения теплового баланса в объеме конструкционных материалов технических изделий». В случае, например, элемента строительной конструкции, на поверхности которой имеется ранее нанесенный слой какого-либо защитного материала, с формальной (скорее даже лингвистической) точки зрения, данный элемент может быть позиционирован отдельно от нанесенного на него защитного слоя, например, в рамках такого выражения, как «строительная конструкция с нанесенным на нее слоем защитного материала», несмотря на то, что приведенный пример «разделения», с технической точки зрения, является достаточно формальным, в то же время совокупность строительной конструкции и нанесенного на него защитного материала, без всякого сомнения, является техническим изделием (или, по меньшей мере, частью технического изделия), в составе которого (изделия или его части) конструкционный материал присутствует (выделяется) явным образом.In conclusion, according to the authors, justification should be given for their opinions regarding the choice of a name such as “Method for changing the heat balance in the volume of structural materials of technical products”. In the case of, for example, an element of a building structure, on the surface of which there is a previously deposited layer of some protective material, from a formal (rather even linguistic) point of view, this element can be positioned separately from the applied protective layer, for example, within the framework of such expressions as “building structure with a layer of protective material deposited on it”, despite the fact that the above example of “separation”, from a technical point of view, is quite formal, at the same time, the totality troitelnoy design and applied thereto a protective material, without any doubt, is the technical product (or at least a portion of the technical product), which included (product or part thereof) structural material present (allocated) explicitly.

Что касается новизны предлагаемого способа, следует обратить внимание на тот факт, что до настоящего времени при использовании материалов типа «полые микросферы - связующее» на фасадах зданий и для целей теплоизоляции не уделялось какого-либо должного внимания оптическим свойствам подложки или материала, расположенного на поверхности слоев субстанций, содержащих полые микросферы. При использовании материалов, содержащих полые микросферы, на фасадах зданий также не рассматривалась и возможность привлечения в тепловой баланс ограждающих конструкций дополнительного количества солнечной энергии, при этом упор делался, в основном, на то, что материалы, содержащие полые микросферы, обладают «уникальными теплоизолирующими свойствами», в то же время в ходе целого ряда экспериментов (в том числе результаты которых приведены в данном описании) подобная «уникальность» не подтверждается. В заключение следует отметить, что к настоящему времени в распоряжении авторов не имеется достаточно убедительных доказательств в пользу того, что в случае материалов «полые микросферы полимерное связующее» наблюдаемые эффекты могут быть объяснены проявлением свойств, характерных для фотонного кристалла, в то же время если абсолютно все подобные эффекты могут быть объяснены с точки зрения подхода аналогичного тому, который применяется по отношению к дисперсным средам, предлагаемое изобретение остается актуальным.Regarding the novelty of the proposed method, attention should be paid to the fact that to date, when using materials such as “hollow microspheres - binder” on the facades of buildings and for the purpose of thermal insulation, no due attention has been paid to the optical properties of the substrate or material located on the surface layers of substances containing hollow microspheres. When using materials containing hollow microspheres, the facades of buildings also did not consider the possibility of attracting additional solar energy to the heat balance of building envelopes, with the emphasis mainly on the fact that materials containing hollow microspheres have “unique heat-insulating properties” ”, At the same time, during a series of experiments (including the results of which are given in this description), such“ uniqueness ”is not confirmed. In conclusion, it should be noted that to date, the authors do not have sufficiently convincing evidence in favor of the fact that in the case of “hollow polymer binder microspheres” materials, the observed effects can be explained by the manifestation of properties characteristic of a photonic crystal, at the same time, if absolutely all such effects can be explained in terms of an approach similar to that applied to disperse media, the present invention remains relevant.

Claims

1. A method of changing the heat balance in the volume of structural materials of technical products, in which in the space between at least a part of the surface area of the technical product and the volume of the possible location of the radiant energy source, at least one layer of material formed by methods applied with respect to the layers of paints and varnishes, while the layer of the placed material is not less than 30% by volume consists of hollow microspheres, which are fixed in the layer with a binder, which melt the remainder of the volume of the layer, in addition more than 30% of the microspheres used as part of the same layer, consist of a material having a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy, capable of coming from a source of radiant energy .

2. The method according to claim 1, characterized in that at least one layer containing microspheres is formed directly on at least part of at least one of the surfaces that are part of the technical product, and in the process of forming a binder the material is in a fluid state, while the binder material is capable of subsequent curing.

3. The method according to claim 1, characterized in that the optical properties of at least part of the area of at least one surface that is part of the technical product, from the side of the possible flow of radiant energy is subjected to modification.

4. The method according to claim 2, characterized in that before placing at least one layer containing microspheres, the optical properties of at least part of the surface area of the technical product are modified.

5. The method according to claim 1, characterized in that the binder substance of at least one of the layers used has a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

6. The method according to claim 2, characterized in that after curing, the binder substance that is part of at least one of the layers used has a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

7. The method according to claim 3, characterized in that the binder substance that is part of at least one of the layers used has a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

8. The method according to claim 4, characterized in that after curing, the binder, which is part of at least one of the layers used, has a transparency that is different from zero, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

9. The method according to claim 1, characterized in that the binder substance, which is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a different material than at least part of the microspheres used same layer refractive index.

10. The method according to claim 2, characterized in that after curing, the binder substance, which is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has, at least part of the materials used, different from the material microspheres in the composition of the same layer with a refractive index.

11. The method according to claim 3, characterized in that the binder substance that is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a different material than at least part of the microspheres used same layer refractive index.

12. The method according to claim 4, characterized in that the binder substance that is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a different material than at least part of the microspheres used same layer refractive index.

13. The method according to claim 5, characterized in that the binder substance that is part of at least one of the layers used, at least in a limited region of the radiant energy range, has a different material than at least part of the microspheres used same layer refractive index.

14. The method according to claim 6, characterized in that after curing, the binder substance, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the used microspheres of the same layer.

15. The method according to claim 7, characterized in that the binder substance of at least one layer, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the used microspheres of the same layer .

16. The method according to claim 8, characterized in that after curing, the binder substance, at least in a limited region of the radiant energy range, has a refractive index different from the material of at least part of the used microspheres of the same layer.

17. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that at least 70% of the microspheres used in the composition of the same layer have deviations in size and wall thickness by values not exceeding 30% of the set average values.

18. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that the mixture of gases filling the volume of at least part of the microspheres used in the composition of at least one layer is at a pressure below 0.1 MPa.

19. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that, in relation to the source of radiant energy, at least one layer of a substance containing hollow microspheres, at least one layer is placed, the surface of which is facing to a radiant energy source, has a radiant energy absorption coefficient of at least 0.1, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

20. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that, in relation to the source of radiant energy, at least one layer of a substance containing hollow microspheres, at least one layer of material is placed, the surface of which facing a radiant energy source, has selective properties with respect to radiant energy, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

21. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that, in relation to the source of radiant energy, at least one layer containing hollow microspheres, place at least one layer of material, the surface of which has a coefficient reflection not lower than 0.5 and at the same time emissivity not higher than 0.5, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

22. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that, in relation to the source of radiant energy, at least one layer containing hollow microspheres, place at least one combined layer, one of the surfaces of which possesses selective properties with respect to radiant energy, while the opposite side of the same layer has a reflection coefficient of at least 0.5 and an emissivity of not higher than 0.5, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.

23. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that, in relation to the source of radiant energy, at least one layer of material containing hollow microspheres, at least one layer of material is placed, the surface of which facing a radiant energy source, has a reflection coefficient of at least 0.5, at least in a limited region of the radiant energy spectrum.

24. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that on the surface of at least one layer containing microspheres facing the source of radiant energy, place a layer of material with selective properties with respect to radiant energy, at least to a limited extent in the infrared and / or visible part of the spectrum.

25. The method according to one of claims 1 to 16, characterized in that at least one combined layer, the surface of which has selective properties with respect to radiant energy, at the same time the opposite surface of the same combined layer has a reflection coefficient of at least 0.5 and an emissivity of not higher than 0.5, at least in a limited region of the spectrum of radiant energy.