На главную Обратная связь Карта сайта

Статьи по теплоизоляции

О расчетных свойствах теплоизоляционных материалов
Б.М. Шойхет, канд. техн. наук, заведующий отделом, Л.В. Ставрицкая, основной спец, ОАО «Теплопроект»
Номенклатура теплоизоляционных материалов, представленных на российском рынке, существенно расширилась за счет возникновения новейших российских и привезенных из других стран материалов и изделий, что сделало очень актуальной делему достоверного определения их технических черт и эксплуатационных параметров.
Значения теплотехнических черт теплоизоляционных материалов в конструкциях под действием эксплуатационных причин меняются во времени и могут значительно различаться от значений, указанных в ГОСТах и технических критериях. При проектировании употребляются расчетные свойства теплоизоляционных материалов, приведенные в СНиП 2.04.14-88 [1] и СНиП 11-3-79* [2], а не их номинальные значения, зафиксированные в ГОСТах и ТУ.
При определении расчетной теплопроводимости теплоизоляционных материалов в строй конструкциях учитывают номинальное значение теплопроводимости материала в сухом состоянии; влияние влажности и температуры материала в конструкции; влияние вероятной усадки материала в процессе эксплуатации; фактор старения материала, в особенности актуальный для пенопластов.
Способы определения коэффициента теплопроводимости имеют естественные ограничения, которыми время от времени пренебрегают как испытатели, выполняющие сертификационные тесты, так и законодательные региональные и федеральные органы, уполномоченные выдавать сертификаты соответствия и технические свидетельства.
Так, способ стационарного теплового потока по ГОСТ 7076 не может корректно употребляться для определения коэффициента теплопроводимости мокроватых материалов низкой плотности с высочайшим термическим сопротивлением вследствие протекания нестационарных действий фазовых перевоплощений и передвижения воды в испытываемом материале.
При искусственном увлажнении материалов в лабораторных критериях фактически тяжело разрешимой неувязкой является обеспечение и контроль равномерного распределения воды в испытуемом образце. Неравномерное распределение воды в образцах приводит к погрешности в измерениях, которую реально нереально оценить.
Расчетная влажность волокнистых теплоизоляционных материалов в критериях эксплуатации А и Б по СНиП 11-3-79* составляет соответственно 2 и 5% по массе. При плотности теплоизоляционного материала 50 кг/м
это составляет соответственно 0,1 и 0,25% по размеру. Влияние такового незначимого количества воды в объеме на теплопроводимость материала фактически не быть может корректно измерено указанным выше способом даже без учета погрешности, вызванной неравномерным распределением воды.
Включение коэффициента теплопроводимости в критериях эксплуатации А и Б по СНиП 11-3-79* в список характеристик, подлежащих экспериментальному определению при сертификационных испытаниях волокнистых теплоизоляционных материалов представляется, на наш взор, необоснованным, требующим проведения исследований, правильность результатов которых не быть может обеспечена используемыми методиками и средствами измерения. Так, анализ результатов определения коэффициента теплопроводимости А и Б неких волокнистых теплоизоляционных материалов, приобретенных разными знатными испытательными центрами, указывает, что они могут различаться на 15-20%. При всем этом различие меж коэффициентами теплопроводимости этих материалов в сухом состоянии и в критериях эксплуатации А и Б имеет значения такого же порядка и ниже. Это показывает на то, что при испытаниях теплоизоляционных материалов плотностью до 100-150 кг/м
разыскиваемые величины нередко находятся в пределах погрешности опыта.
Европейский эталон EN 12664 [3] предугадывает определение способом стационарного теплового потока коэффициента теплопроводимости сухих и мокроватых строй материалов со средним и низким термическим сопротивлением (к примеру, бетонов). Эталон имеет размер около 70 печатных страничек и содержит требования к исследуемым материалам и применяемой аппаратуре, описание процедуры подготовки образцов, проведения опыта и обработки его результатов, анализ погрешности получаемых данных, в том числе погрешности, обусловленной неравномерным распределением воды. Следует отметить, что указанный эталон не распространяется на материалы с высочайшим термическим сопротивлением, т. е. теплоизоляционные.
Определение влияния влажности на теплопроводимость определенных марок теплоизоляционных материалов с достаточной для практики точностью быть может выполнено способом экспертной оценки на основании уже имеющихся данных. В СНиП 11-3-79* значения коэффициента теплопроводимости волокнистых теплоизоляционных материалов в критериях эксплуатации А и Б различаются от значений для сухого материала соответственно в 1,1-1,15 и 1,2-1,25 раза. Представляется, что приняты они, также как и расчетные значения влажности материала в конструкции, конкретно способом экспертной оценки на основании статистической обработки результатов натурных наблюдений.
В забугорной инженерной практике значения этого показателя принимаются способом экспертной оценки для групп материалов близких по структурным и физическим чертам. К примеру, в Германии, для неорганических волокнистых теплоизоляционных материалов и пенопластов [4] расчетное значение коэффициента теплопроводимости принимается с учетом его роста на 2% при увеличении влажности по массе на 1%.
- коэффициент теплопроводимости сухого материала, Вт/(м·К);
wмасс - влажность материала по массе, %.
Аналогичный подход, учитывающий условия внедрения, принят и в Дании, являющейся наикрупнейшим производителем минераловатных теплоизоляционных материалов.
Целенаправлено и в отечественной практике ввести аналогичный подход при определении расчетных коэффициентов теплопроводимости теплоизоляционных материалов в строй конструкциях.
дозволяет предложит; поправочные коэффициенты к теплопроводимости в сухом состоянии для критерий эксплуатации А и Б при расчетной влажности 2 и 5% соответственно 1,1 и 1,25, что совпадает с показателями СНиП 11-3-79*. Это исключит необходимость проведения огромного количества ненадобных испытаний и повысит достоверность рекомендуемых для использования при проектировании данных.
При определении расчетных значений коэффициента теплопроводимости теплоизоляционных материалов в конструкциях тепловой изоляции трубопроводов и оборудования учитывают вероятное изменение геометрической формы теплоизоляционных изделий в конструкции при эксплуатации; влияние температуры на теплопроводимость материала; влияние коэффициента уплотнения для уплотняющихся материалов; старение материала (в особенности актуально для теплоизоляционных пенопластов).
Расчетный коэффициент теплопроводимости уплотняющихся волокнистых теплоизоляционных материалов определяется лабораторными измерениями по ГОСТ 7076 в зависимости от степени его уплотнения при средних температурах теплоизоляционного материала 25,125, 300 °С.
Рекомендуемый коэффициент уплотнения материала в конструкции для трубопроводов различного поперечника определяется способом экспертной оценки на основании результатов определения сжимаемости по методике ГОСТ 17177.
- средняя температура слоя, °С;
b - температурный коэффициент. Могут быть даны линейные зависимости раздельно для диапазонов температур 25-125 и 125-300 °С, или применен полином наиболее высочайшей степени.
Все большее применение в отечественной практике находят теплоизоляционные цилиндры из минерального и стеклянного волокна. Но определение коэффициентов теплопроводимости и термического сопротивления этих изделий является неувязкой, т. к. отсутствует утвержденная в установленном порядке методика и нужное оборудование. Применение для данной цели способа цилиндрического зонда по ГОСТ 30256 представляется необоснованным, т. к. теплоизоляционные изделия из минеральной ваты и стеклянного волокна характеризуются анизотропными качествами, а результаты измерения теплопроводимости зависят от преимущественной ориентации волокон и положения зонда в исследуемом материале.
Термическое сопротивление трубной термоизоляции определяется по интернациональному эталону ISO 8497: 1994 [5]. В рамках проводимой Госстроем Рф политики гармонизации отечественной нормативной базы в области строительства с международными эталонами, целенаправлено ввести этот эталон на местности Русской Федерации.
На российском рынке возникли теплоизоляционные материалы из пенополиэтилена с покрытием из дюралевой фольги. Производители данной продукции развернули широкую маркетинговую кампанию, в какой утверждается, что эффективность внедрения этих материалов в строй конструкциях существенно превосходит эффективность внедрения обычных волокнистых теплоизоляционных материалов.
Так, в неких изданиях приводятся утверждения о том, что сопротивление теплопередаче этих изделий шириной 4 мм при применении в строй конструкциях эквивалентно термическому сопротивлению волокнистых теплоизоляционных материалов шириной 70-80 мм. Эти утверждения представляются технически необоснованными.
Экранная тепловая изоляция на базе дюралевой фольги известна издавна и отыскала применение в конструкциях низкотемпературной и криогенной техники в виде мультислойных пакетов из дюралевой фольги с прослойками из волокнистых материалов (экранно-вакуумная изоляция «ЭВТИ», «Альфоль» и др.). В особенности эффективна таковая изоляция при применении в вакууме, где отсутствует конвективная составляющая теплового потока. В строительстве экранная тепловая изоляция не отыскала широкого внедрения вследствие того, что толика радиационной составляющей в тепловом потоке через теплоизолированные строй конструкции сравнимо невелика, а отражательные характеристики фольги ухудшаются в процессе эксплуатации вследствие окисления поверхности, конденсации воды, скопления пыли и др. причин. Так ежели коэффициент излучения полированного алюминия имеет значение 0,35 Вт/(м
), то для окисленного алюминия этот показатель составляет уже 1,2-2 Вт/(м
).
При анализе расчетных формул теплопередачи спецами, рекламирующими эту продукцию, принимаются некие неправильные допущения, которые приводят к ошибочным выводам. К примеру, в формуле для расчета термического сопротивления теплоотдаче от изолированной поверхности к воздуху принимается значение коэффициента теплоотдачи конвекцией равным 0. Это предположение является неправомерным, т. к., рассматривая перенос тепла лишь излучением, создатель исключает из рассмотрения перенос тепла конвекцией, что может иметь место лишь в вакууме.
Расчеты демонстрируют, что малый фактически вероятный суммарный (конвективный + радиационный) коэффициент теплоотдачи от изолированной поверхности к воздуху при малых температурных перепадах и низком коэффициенте излучения поверхности - наименее 0,5 Вт/(м
) может иметь значения не ниже 3-3,5 Вт/(м
ЧК). Термическое сопротивление слоя пенополиэтилена шириной 4 мм при коэффициенте теплопроводимости 0,035 Вт/(м·К) составляет 0,114 Вт/(м
ЧК), и его сопротивление теплопередаче некординально.
Термическое сопротивление минера-ловатной плиты шириной 80 мм при коэффициенте теплопроводимости 0,05 Вт/(мЧК) составляет 1,6 Вт/(м·К), что значительно превосходит сопротивление теплопередаче рассматриваемого изделия в строй конструкциях.
Теплоизоляционные материалы с покрытием из дюралевой фольги являются действенными современными теплоизоляционными изделиями, имеющими определенную область внедрения, потому необъективная, технически необоснованная реклама может их лишь дискредитировать.
В заключение нужно указать, что на нынешний день в отечественной нормативной базе по тепловой изоляции отсутствуют утвержденные в установленном порядке, но очень нужные для практики:
- методика определения теплопроводимости теплоизоляционных цилиндров.
Разработка и введение в действие этих документов дозволят наиболее обоснованно принимать решения по применению теплоизоляционных материалов в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. Эти методики должны быть или разработаны в может быть недлинные сроки, или на местности Русской Федерации следует ввести международные либо европейские стандарты на эти виды испытаний (по цилиндрам - ISO 8497).
Решение рассмотренных выше заморочек дозволит повысить уровень надежности технических решений в области тепловой изоляции в индустрии и строительстве.
Литература 1. СНиП 2.04.14-88. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.
2. СниП 11-3-79. Строительная теплотехника.
3. EN 12664: 2001. Thermal performance of building materials and products -Determination of thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter method - Dry and moist products of medium and low thermal resistance.
4. Шильд Е., Кассельман Х.-Ф., Да-мен Г., Поленц Р. Строительная физика. Пер. с нем. М.: Стройиздат, 1982.
5. ISO 8497: 1994. Determination of steady-state thermal transmission properties of thermal insulation for circular pipes.
6. Справочник строителя. Тепловая изоляция. М.: Стройиздат, 1985.•
Рекомендуем еще поглядеть по теме .