ТЕХНОЛОГИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ

Требования к теплоизоляционным материалам

Для снижения интенсивности теплопередачи через строительные ограждающие конструкции необходимо применение теплоизоляци­онных материалов, оказывающих большое сопротивление конвек­тивному переносу теплоты и характеризующихся малой теплопро­водностью.

Следовательно, эти материалы должны характеризоваться высо­кой общей пористостью, так как воздух, заполняющий поры,— плохой проводник теплоты, н не иметь сплошного каркаса из ос - иопного материала. С другой стороны, для снижения конвективного переноса теплоты необходимо стремиться к максимально возмож­ному уменьшению размеров пор и ходов, соединяющих эти поры. При этом теплоизоляционные материалы должны быть защищены от увлажнения, хорошо противостоять процессам гниения, замора­живания и оттаивания, т. е. характеризоваться высокими эксплуа­тационными показателями.

При устройстве тепловой изоляции высокотемпературного тех­нологического оборудования стремятся применять теплоизоляцион­ные материалы из веществ, характеризующихся сравнительно низ­кой теплопроводностью при высоких температурах, меньшей при­веденной степенью черноты, мелкопористой структурой при высокой общей пористости.

В данном случае решающими показателями эксплуатационных свойств теплоизоляционных материалов являются: термическая стойкость — способность материала выдерживать многократное попеременное нагревание и охлаждение; температуростойкость — способность материала длительное время выдерживать воздействие высокой температуры; огнеупорность — способность материала вы­держивать, не расплавляясь (не размягчаясь), воздействие высо­ких температур; коррозионная стойкость—способность материала противостоять агрессивным средам и т. п.

Таким образом, применение теплоизоляционных материалов в ограждающих конструкциях во всех случаях главной целью имеет максимально возможное снижение теплопередачи в той или иной конструкции без увеличения, а чаще при уменьшении общей тол­щины ограждения.

С целью оптимизации ограждающей конструкции по термиче­скому сопротивлению, материалоемкости и экономическому факто­ру необходимо в каждом конкретном случае производить теплотех­нический расчет ограждения.

При выборе схемы расчета теплопроводности ограждающих конструкций любого назначения учитывают число слоев, состав­ляющих конструкцию, форму конструкции, характеристики мате­риалов, из которых она выполнена, и температурный градиент.

По числу слоев конструкции подразделяют на однослойные и многослойные. Однако с позиций теплофизики практически все строительные ограждающие конструкции и тем более ограждения высокотемпературного технологического оборудования и трубопро­водов следует считать многослойными. Например, однослойные (по строительной номенклатуре) стеновые панели из керамзито - или газобетона фактически состоят из трех слоев: наружного фак­турного слоя (керамическая или стеклянная плитка, декоративная штукатурка), слоя основного материала и внутреннего отделочного слоя. Теплопроводность каждого из этих слоев различна.

По форме ограждающие конструкции подразделяют на плоские, цилиндрические (трубопроводы) и шаровые стенки (емкости для хранения сжиженного газа, воды и др.).

Для расчета теплопередачи ограждающих конструкций сущест­вует ряд формул, с которыми студенты знакомятся при изучении
курса «Термодинамика и теплопередача». Анализируя формулы расчета теплопроводности различных строительных и теплоизоля­ционных конструкций, можно отметить следующее.

1. Теплопроводность конструкций различной формы с удовлет­ворительной точностью можно описать единой формулой:

Q=XFxMlb, (1.5)

Где Fx — расчетная поверхность тела; Я/б — термическое сопротив­ление или сопротивление теплопередаче.

2. В расчетах принимается, что температура поверхностей тела во всех точках одинакова или незначительно отличается. Если же

Температура на поверхности изменяется резко, то необходимы сложные расчеты или экспериментальное определение теплопро­водности.

3. Тепловые потери конструкций из оди­наковых материалов зависят при прочих равных условиях от формы конструкции, так как она предопределяет площадь по­верхности теплопередачи. Поэтому наимень­шие потери характерны для вогнутых по­верхностей. наибольшие — для выпуклых; мы теплоизолирующей для плоской стенки показательны промс - конструкшш на теплопо - жуточные значения (рис. 1.1). Исходя из тери этого, особенно нерационально - использо-

П^ВмяУстенкаГГезН-выпу1Г Вать Малоэффективные ТеПЛОИЗОЛЯЦИОННЫв

Лая стенка; 4— цнличдрн - материалы ДЛЯ ИЗОЛЯЦИИ ТрубоПООВОДОВ И ческая стенка ^ „

Тем оолее шаровых емкостей, так как уве­личение толщины теплоизоляционного слоя может привести к повышению теплопотерь вследствие опережаю­щего прироста площади поверхности по отношению к приросту термического сопротивления.

4. Для расчетов теплопередачи через теплоизоляцию горячего оборудования необходимо знать коэффициенты теплопередачи на горячен и холодной сторонах стенки (аг и ах).

С учетом этих коэффициентов поток теплоты, передаваемый че­рез стенку, описывается уравнением

1

1/ах+ Ъ/ + 1/аг

Где К—коэффициент теплопередачи, зависящий от толщины стен­ки, ее теплопроводности и коэффициентов теплоотдачи.

Величину, обратную К, называют полным термическим сопро­тивлением теплопередачи R

R=M1< 1/«хfi/X1/«г

Которая задается при проектировании ограждении.

/і у 'ЬЭ

При расчете ограждающих конструкций зданий учитывают по­годные условия данной местности, которые приведены в СНиПах для всех климатических районов и подрайонов СССР. На основе этих показателей рассчитывают сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций которое должно быть не меньше требуемого /?отр, устанавливаемого санитарно-гигиеническими усло­виями и определяемого экономическим расчетом Ro3K. Требуемое сопротивление теплопередаче

= Л (/„ — /„)/(Д/Нав),

Где п — коэффициент, зависящий от местоположения наружной по­верхности конструкции (изменяется от 0,4 для стен, отделяющих отапливаемые помещения от неотапливаемых, до 1,0 для наружных стен); ів — расчетная нормируемая температура внутри помещения;

— расчетная зимняя температура наружного воздуха, зависящая от климатического района и массивности конструкции; — нор­мируемый температурный перепад между температурами внутрен­него воздуха и стеной (гигиенический параметр, определяющий неблагоприятные условия пребывания людей в помещении); аЕ — коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждения.

Если ограждающая конструкция имеет неодинаковое попереч­ное сечение, что часто имеет место, то при теплофизических рас­четах и проектировании конструкции рассчитывают среднее значе­ние и определяют необходимые теплозащитные свойства наименее утепленных участков конструкции, чтобы обеспечить температуру выше точки росы на их поверхности и исключить образование кон­денсата.

Толщину ограждений определяют, исходя из расчетного сопро­тивления конструкции R и теплопроводности материала:

Ь — RL

Если известны значения R и Я, легко ориентировочно рассчитать толщину теплоизоляционного слоя и материалоемкость ограждений с различными видами теплоизоляции (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Толщина и материалоемкость стены жилого дома из различных строительных материалов (средняя полоса СССР, Л = 1.0)

Толщина Масса 1 м* стены, м стены, кг

Сопротивление теплопередаче ограждающих конструкции с уче­том экономических условии определяют по формуле

R? = (5K + E9 + T,)/KorV, (1.10)

Где Бк — удельные капитальные вложения в устройство теплоснаб­жения; Бэ — годовые удельные эксплуатационные затраты на отоп­ление; Уэ — нормативный срок окупаемости дополнительных капи­таловложений; /(огр — стоимость 1 м3 однослойной ограждающей конструкции или теплоизоляционного слоя многослойной конст­рукции.

Из формулы (1.10) следует, что для сохранения постоянным Яоэк удорожание теплоизоляционного материала должно быть про­порционально снижению теплопроводности. Например, если срав­нить удельную стоимость фибролита 5уд=л/(огр=0,098-18,5= 1,6 с удельной стоимостью пеиополистирола, равной 0,041-35=1,2, го можно убедиться, что в данном случае достигается явное сни­жение удельной стоимости, несмотря на более высокую стоимость 1 м3 последнего. Из этого следует, что необходимо стремиться к производству и применению материалов с пониженной теплопро­водностью.

При расчете высокотемпературной теплоизоляции придержива­ются следующего порядка. По нормативам устанавливают допусти­мые тепловые потери для данного высокотемпературного оборудо­вания с изоляцией. Затем выбирают вид теплоизоляционного материала с учетом температурных условий службы, средней про­должительности его службы в данных условиях эксплуатации, экономических соображений, в том числе степени индустриализа­ции тепломонтажных работ. Для выбранного теплоизоляционного материала (конструкции) по таблице находят значение теплопро­водности при средней температуре эксплуатации. При расчете тем­пературу горячей поверхности теплоизоляционного слоя для упро­щения принимают равной температуре стенки оборудования или первого слоя футеровки. Зная температуру на горячей и холодной поверхностях теплоизоляционного слоя, а также его теплопровод­ность, определяют требуемую толщину тепловой изоляции.

Затем производят проверочный расчет, определяя среднюю тем­пературу теплоизоляционного слоя и температуру холодной по­верхности. В случае существенных расхождений в значениях этих показателей расчет повторяют, задаваясь новым значением темпе­ратуры на поверхности теплоизоляции, и так повторяют до при­мерного совпадения заданных и полученных значений или приме­няют более эффективный теплоизоляционный материал, особенно в том случае, когда толщина тепловой изоляции ограничена из-за конструктивных соображений.