2020-08-05
523
8.1 Виды теплоизоляционных материалов
Задача теплоизоляции зданий - снизить потери тепла в холодный период года и обеспечить относительное постоянство температуры в помещениях в течение суток при колебаниях температуры наружного воздуха. Применяя для тепловой изоляции эффективные теплоизоляционные материалы, можно существенно уменьшить толщину и снизить массу ограждающих конструкций и таким образом сократить расход основных стройматериалов (кирпича, цемента, стали и др.) и увеличить допустимые размеры сборных элементов.
Теплоизоляция обеспечивается устройством специальных ограждений, выполняемых из теплоизоляционных материалов (в виде оболочек, покрытий и т. п.) и затрудняющих теплопередачу, сами эти теплозащитные средства также называются теплоизоляцией.
При преимущественном конвективном теплообмене для теплоизоляции используют ограждения, содержащие слои материала, непроницаемого для воздуха; при лучистом теплообмене - конструкции из материалов, отражающих тепловое излучение (например, из фольги, металлизированной лавсановой плёнки); при теплопроводности (основной механизм переноса тепла) - материалы с развитой пористой структурой.
Эффективность теплоизоляции при переносе тепла теплопроводностью определяется термическим сопротивлением (R) изолирующей конструкции. Для однослойной конструкции
R=d/l,
где d - толщина слоя изолирующего материала,
l - его коэффициент теплопроводности.
Повышение эффективности теплоизоляции достигается применением высокопористых материалов и устройством многослойных конструкций с воздушными прослойками.
Экономическую эффективность теплоизоляции в промышленности часто оценивают коэффициентом сбережения тепла:
h= (Q1 - Q2)/Q1
(где Q1 - потери тепла установкой без теплоизоляции;
Q2 - c теплоизоляцией).
Теплоизоляция промышленных установок, работающих при высоких температурах, способствует также созданию нормальных санитарно-гигиенических условий труда обслуживающего персонала в горячих цехах и предотвращению производственного травматизма.
Основные области применения теплоизоляционных материалов — изоляция ограждающих строительных конструкций, технологического оборудования (промышленных печей, тепловых агрегатов, холодильных камер и т. д.) и трубопроводов.
От качества изоляционной конструкции теплопровода зависят не только тепловые потери, но и его долговечность. При соответствующем качестве
материалов и технологии изготовления тепловая изоляция может одновременно выполнять роль антикоррозийной защиты наружной поверхности стального трубопровода. К таким материалам, относятся полиуретан и производные на его основе - полимербетон и бион.
Основные требования к теплоизоляционным конструкциям заключается в следующем:
· низкая теплопроводность как в сухом состоянии так и в состоянии естественной влажности;
· малое водопоглощение и небольшая высота капиллярного подъема жидкой влаги;
· малая коррозионная активность;
· высокое электрическое сопротивление;
· щелочная реакция среды (pH>8,5);
· достаточная механическая прочность.
Основными требованиями для теплоизоляционных материалов паропроводов электростанций и котельных являются низкая теплопроводность и высокая термостойкость. Такие материалы обычно характеризуются большим содержанием воздушных пор и малой объемной плотностью. Последнее качество этих материалов предопределяет их повышенные гигроскопичность и водопоглощение.
Одно из основных требований к теплоизоляционным материалам для подземных теплопроводов заключается в малом водопоглащении. Поэтому высокоэффективные теплоизоляционные материалы с большим содержанием воздушных пор, легко впитывающие влагу из окружающего грунта, как правило, непригодны для подземных теплопроводов.
Различают жёсткие (плиты, блоки, кирпич, скорлупы, сегменты и др.), гибкие (маты, матрацы, жгуты, шнуры и др.), сыпучие (зернистые, порошкообразные) или волокнистые теплоизоляционные материалы. По виду основного сырья их подразделяют на органические, неорганические и смешанные.
Органические в свою очередь делятся на органические естественные и органические искусственные. К органическим естественным материалам относятся материалы, получаемые переработкой неделовой древесины и отходов деревообработки (древесноволокнистые плиты и древесностружечные плиты), сельскохозяйственных отходов (соломит, камышит и др.), торфа (торфоплиты) и др. местного органического сырья. Эти теплоизоляционные материалы, как правило, отличаются низкой водо- и биостойкостью. Указанных недостатков лишены органические искусственные материалы. Очень перспективными материалами этой подгруппы являются пенопласты, получаемые путем вспенивания синтетических смол. Пенопласты имеют мелкие замкнутые поры и этим отличаются от поропластов – тоже вспененных пластмасс, но имеющих соединяющиеся поры и поэтому неиспользуемые в
качестве теплоизоляционных материалов. В зависимости от рецептуры и характера технологического процесса изготовления пенопласты могут быть жесткими, 
полужесткими и эластичными с порами необходимого размера;
изделиям могут быть приданы желаемые свойства (например, уменьшена горючесть). Характерная особенность большинства органических теплоизоляционных материалов — низкая огнестойкость, поэтому их применяют обычно при температурах не выше 150 °С.
Более огнестойки материалы смешанного состава (фибролит, арболит и др.), получаемые из смеси минерального вяжущего вещества и органического наполнителя (древесные стружки, опилки и т. п.).
Неорганические материалы. Представителем этой подгруппы является алюминиевая фольга (альфоль). Она применяется в виде гофрированных листов, уложенных с образованием воздушных прослоек. Достоинством этого материала является высокая отражательная способность, уменьшающая лучистый теплообмен, что особенно заметно при высоких температурах. Другими представителями подгруппы неорганических материалов являются искусственные волокна: минеральная, шлаковая и стеклянная вата. Средняя толщина минеральной ваты 6-7 мкм, средний коэффициент теплопроводности λ=0,045 Вт/(м*К). Эти материалы не горючи, не проходимы для грызунов. Они имеют малую гигроскопичность (не более 2%), но большое водопоглащение (до 600%).
Лёгкие и ячеистые бетоны (главным образом газобетон и пенобетон), пеностекло, стеклянное волокно, изделия из вспученного перлита и др.
Неорганические материалы, используемые в качестве монтажных, изготовляют на основе асбеста (асбестовые картон, бумага, войлок), смесей асбеста и минеральных вяжущих веществ (асбестодиатомовые, асбестоизвестковокремнезёмистые, асбестоцементные изделия) и на основе вспученных горных пород (вермикулита, перлита).
Для изоляции промышленного оборудования и установок, работающих при температурах выше 1000 °С (например, металлургических, нагревательных и др. печей, топок, котлов и т. д.), применяют так называемые легковесные огнеупоры, изготовляемые из огнеупорных глин или высокоогнеупорных окислов в виде штучных изделий (кирпичей, блоков различного профиля). Перспективно также использование волокнистых материалов теплоизоляции из
огнеупорных волокон и минеральных вяжущих веществ (коэффициент их теплопроводности при высоких температурах в 1,5—2 раза ниже, чем у традиционных).
Таким образом, имеется большое количество теплоизоляционных материалов, из которых может осуществляться выбор в зависимости от параметров и условий эксплуатации различных установок, нуждающихся в теплозащите.
8.2 Выбор толщины изоляции
Выбор толщины изоляции определяется техническими и технико- экономическими соображениями.
Основные технические соображения, которыми руководствуются при выборе толщины изоляции, заключаются в следующем:
- Обеспечение заданной температуры теплоносителя в отдельных точках тепловой сети. Это условие предъявляется обычно к паропроводам в тех случаях, когда, должна быть гарантирована подача перегретого пара отдельным абонентам.
- выдерживание нормированных теплопотерь, которые в ряде случаев задаются управлением энергетической системы;
- непревышение заданной температуры поверхности изоляции.
При прокладке теплопровода в рабочих помещениях или в проходных каналах предельная температура поверхности определяется в 40 – 50 0С условиями техники безопасности. В некоторых случаях предельная температура поверхности задается из условий защиты от разрушения наружной оболочки изоляции.
Техническая характеристика покровного слоя представляется в таблице 11.
Таблица 11
Техническая характеристика покровного материала
| Материал, ГОСТ, ТУ | Применяемая толщина, мм | Группа горючести |
| Стеклопластик рулонный РСТ, ТУ 6-11-145-80 | 0,25-0,5 | трудногорючие |
Определяется толщина изоляции, g изл., мм, по формуле
изл=(2,75*dн1,2* 
изл1,35*t11.73)/ql1.5, мм
где
dн - наружный диаметр теплопровода, мм
изл- коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(мК)
ql - норма плотности теплового потока, Вт/м,
изл=(2,75* 
3251,2*0,0491,35*1051,73)/1111,5= 129,6 мм
Расчет тепловой изоляции выполнен для трубопровода 325 диаметра. Для остальных трубопроводов расчет изоляции производится аналогично, результаты расчета сводятся в таблицу 13.
Таблица 13
Толщина тепловой изоляции
| Условный диаметр, мм | Толщина изоляции, мм |
| 250 200 175 150 125 100 80 70 50 40 32 25 | 64,85 54,35 49,58 45,668 43,89 39,15 59,41 28,52 24,90 18,75 15,31 17,41 |
