Одной из наболевших проблем, появляющаяся с приходом отопительного периода, является интенсивная коррозия металлической крыши пассажирского вагона вследствие образования конденсата воды прямо на поверхности крыши, что является следствием неудачной конструкции внутренней теплоизоляционной обшивки. В пассажирских вагонах, построенных до 1950г., в качестве изоляционного материала применяли альфоль (алюминиевая фольга). Альфоль служила отражателем инфракрасных волн теплового излучения, которые поднимались вверх от общей отопительной системы вагона к металлической конструкции крыши. Толщина листов, применяемой теплоизоляции (альфоль), была в пределах 0,011÷0,013 и 0,04÷0,05мм, поэтому «точка росы» (граница соприкосновения холодного и теплого воздуха) проходила прямо по металлической крыше. В результате, с наружной и внутренней стороны закрытого подкрышного пространства вагона образовывался конденсат в виде капелек воды, который приводил к преждевременной коррозии металлической крыши вагона, особенно, при эксплуатации в зимний период времени, несмотря на качественную наружную окраску при ремонте.

В последствии на вагонах альфоль заменили на синтетические материалы – полистирол и мипору, а затем на минеральную вату. Толщину изоляционного покрытия увеличили до 50÷60мм и изоляционный материал с внутренней стороны вагона стали прикрывать листами из оцинкованного металла, который служил в качестве отражателя инфракрасных волн теплового излучения. Однако старые проблемы ржавления металлических крыш остались без изменений. Теплоизоляция вагона из-за толщины изоляционного материала в целом улучшилась, но не изменилось местоположение «точки росы», которое по-прежнему проходит прямо по металлической крыше. Это по-прежнему приводит к образованию конденсата воды и преждевременной коррозии металла, поскольку убрали отражатель (альфоль) инфракрасных волн, а преграда в виде минеральной ваты и оцинкованного металла не способна полностью их задержать в подкрышном пространстве. В качестве технологической модернизации конструкции крыши - специалисты фирмы «КОМПРО» предлагают переместить (понизить) местоположение «точки росы», т.е. границу соприкосновения холодного и теплого воздуха, с металлической поверхности крыши внутрь подкрышного пространства вагона за счет конструктивной установки в двух уровнях алюминиевого отражателя инфракрасных волн от теплового излучения следующим образом:

- 1-й экран-отражатель установить поверх уложенной минеральной ваты или листов черного потолка (можно применить альфоль, армофол, пенофол или другой минеральный утеплитель, покрытый алюминиевой фольгой), который будет отражать тепловые лучи наружу в летнее время от нагретой солнцем металлической крыши;

- 2-й экран-отражатель установить на уровне подвесного секционного потолка перед креплением облицовочного пластика, который будет отражать тепловые лучи внутрь отапливаемого помещения вагона в зимнее время. При этом граница соприкосновения холодного и теплого воздуха («точка росы») конструктивно будет иметь два местоположения - «зимнее» и «летнее», при этом оба местоположения не граничат с металлом, следовательно, преждевременная коррозия металлической крыши будет исключена.

Пространство между наружной металлической и внутренней деревянной обшивками кузова пассажирского вагона обязательно заполняют изоляционным материалом, который вкладывается в ячейки, образованные элементами каркаса (рис.1).

Рис. 1 Кузов пассажирского вагона с изоляцией и облицовкой:

1-щит пола; 2-пакеты изоляции; 3-брус под стыком плит пола;

4-кожух труб отопления; 5,6,8- подоконная, межоконная и

надоконная облицовочные плиты;

7-рубероид или другой вид изоляционной пленки;

9,10-надоконный и верхний продольный брусья;

11-секционный потолок из пластика или стекловолокна;

12- лист фанеры черного потолка для крепления пакетов изоляции;

13- «точка росы» в летнее время года;

14- «точка росы» в зимнее время года.

Формула предлагаемой полезной модели – убрать с металлической крыши местоположение «точки росы» и переместить ее (понизить) внутрь подкрышного пространства вагона за счет конструктивной установки в двух уровнях алюминиевого отражателя инфракрасных волн теплового излучения следующим образом:

1-й экран-отражатель установить поверх уложенной минеральной ваты 2 или листов черного потолка 12 (можно применить альфоль или другой минеральный утеплитель, покрытый алюминиевой фольгой), который будет отражать тепловые лучи наружу в летнее время от нагретой солнцем металлической крыши;

2-й экран-отражатель установить на уровне подвесного секционного потолка 11 перед креплением облицовочного пластика, который будет отражать тепловые лучи внутрь отапливаемого помещения вагона в зимнее время. При этом граница соприкосновения холодного и теплого воздуха («точка росы») конструктивно будет иметь два местоположения - «зимнее» 14 и «летнее» 13, при этом оба местоположения не граничат с металлом, а следовательно, преждевременная коррозия металлической крыши будет исключена.

Тепловая отражающая изоляция состоит из полированной алюминиевой фольгой, которая отражает до 97% теплового излучения, и специального носителя. В качестве носителя используются пены различной плотности и структуры, сетки из стекловолокна, капроновые, полимерные, пузырьковые и другие материалы.

Однако лучшей проверкой научных теорий всегда является практической их воплощение в реальных условиях жизни. Предлагаем проверить эффективность предлагаемых нашими специалистами технологических конструктивных изменений, вносимых дополнительно к основной конструкции крыши, на примере одного или трех пассажирских вагонов в любом ремонтном предприятии ОАО РЖД. Если в ходе эксплуатации вагонов на протяжении 6-12 месяцев упомянутая проблема исчезнет, то мы готовы продать свои авторские права на использование ремонтными предприятиями ОАО РЖД нашего патента. Копии патентов в Украине и России приведены на сайте.

Расчет экономического эффекта

Основное достоинство внедрения предлагаемого инженерного решения заключено в регуляции теплового потока, а именно, в уменьшении зимой теплопотерь во внутреннем пространстве пассажирского вагона, сохраняя тепло, снижая (в 4 раза!) расходы по углю в отопительный сезон, и сокращении энергозатрат ( в 2 раза!) по мощности устанавливаемого на вагон кондиционера и соответственно мощности подвагонного генератора, обеспечивая пассажирам комфортность поездки железнодорожным транспортом, сохраняя летом прохладу в вагоне. Поскольку, кондиционеры и генераторы на пассажирских вагонах уже установлены, и производить их замену нет смысла, то в расчет принимается только экономия по углю. Согласно действующей «Інструкції по технічному обслуговуванню опалювальної установки пасажирського вагона» № ЦЛ-0024 от 01.02.2001г., норма расхода твердого топлива зависит от температуры окружающей среды и лежит в пределах 21÷198 кг на одни вагоно-сутки. На основании, проведенного нами анализа статистических отчетов расходы по углю на отопление пассажирских вагонов только по предприятию ЛВЧД-3 Одесской ж.д. в неполный (за 3 зимних месяца - декабрь 2008г., январь и февраль 2009г.) отопительный сезон составили 1118тн., т.е. в среднем 1,3тн на один вагон. При средней стоимости угля 590грн. за тонну экономический эффект от внедрения только по углю в одном вагонном депо может составить до 0,5млн.грн в год.

Вторым преимуществом является снижение затрат на перекраску крыш вагонов. При подготовке подвижного состава к летним перевозкам из-за ржавления металла крыши вагона ежегодно перекрашивают. Стоимость перекраски одного вагона (с учетом стоимости материалов и работ) обходится вагонному депо, примерно, в 1,5тыс.грн., а за 3 года (по сроку до деповского ремонта) дополнительные расходы возрастают до 4,5тыс.грн. Например, для ЛВЧД-3 Одесской ж.д. с приписным парком в 654 пассажирских вагонов, за счет исключения сезонной перекраски крыш, экономический эффект может составить до 2млн.грн. в год.

Таким образом, только по одному вагонному депо экономический эффект от внедрения может составить до 2,5млн.грн. в год, а в масштабе всей УКРЗАЛІЗНИЦІ может получиться довольно кругленькая сумма.

Теперь надо сравнить с необходимыми затратами на проведение модернизации конструкции крыш. Специалисты тепло-физики из ЗАО «Завод Информационных Технологий «ЛИТ» (г. Переславль-Залесский, Россия) рекомендуют к использованию два типа материалов:

- алюминиевую полированную фольгу, армированную нитью - АРМОФОЛ тип «В» толщиной 0,3мм в качестве 1-го экрана-отражателя, со средней стоимостью 25,32грн./м2 ;

- вспененный полиэтилен с закрытыми порами, дублированный с обеих сторон полированной алюминиевой фольгой – ПЕНОФОЛ тип «В» толщиной 4мм в качестве 2-го экрана-отражателя, со средней стоимостью 26,16грн./м2.

Стоимость устройства дополнительных отражающих экранов прямо пропорциональна стоимости самого отражающего теплоизоляционного материала, так как работы по его укладке можно совместить с укладкой утеплителя. Примерные расходы по закупке материалов для устройства двух экранов-отражателей в одном купейном пассажирском вагоне таковы:

- АРМОФОЛ 110 м2 х 25,32грн. = 2785грн.,

- ПЕНОФОЛ 85м2 х 26,16грн. = 2224грн.

Итого затрат по материалам = 5009грн.

Суммарные затраты на модернизацию, например, для ЛВЧД-3 Одесской ж.д. с приписным парком в 654 пассажирских вагонов, соответственно, составят (единоразово) 3,2млн.грн. Так как нынешняя зима была не слишком суровой, то в приведенных выше расчетах экономический эффект по углю можно считать заниженным. Кроме того, в расчетах не были учтены расходы по углю в осенне-весенние месяцы (ноябрь 2008г. и март 2009г.). Поэтому, условно можно считать, что затраты на модернизацию соизмеримы с получением экономии в первый же год эксплуатации, т.е. срок окупаемости капитальных вложений – 1 год. Разборку внутренней отделки вагона (в том числе и подкрышного пространства) производят при КРП ремонтах 1 раз в 10 лет. Поэтому рентабельность капвложений в модернизацию соответствует сроку межремонтного периода вагонов при КРП и равна 1: 10.

Третьим преимуществом (косвенным), но тоже очень ощутимым для эксплуатационников, кроется в снижении энергозатрат. Уменьшение в 2 раза нагрузки (потребляемой мощности) на кондиционер и подвагонный генератор приводит к снижению их износа, тем самым, повышая их надежность и продлевая срок их безотказной работы до первого ремонта. Кроме этого, снижение нагрузки на подвагонный генератор от средней части оси колесных пар уменьшает сопротивление их качению, а это прямая экономия тяги локомотива. Снижение силы сопротивления движению вагонов можно использовать для увеличения количества пассажирских вагонов в составе одного поезда. Снижение сопротивлению локомотивной тяге однозначно приводит к экономии либо дизельного топлива, либо к потребляемой электроэнергии при электротяге. В любом случае это прямое снижение внеплановых простоев транспорта в ремонтах и повышение рентабельности железнодорожного транспорта в целом.