Виды и назначение теплоизоляционных материалов

Степанова Екатерина Сергеевна – студент магистратуры Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Мельников Владимир Михайлович – кандидат технических наук, доцент кафедры Теплогазоснабжения, вентиляции и гидравлики Владимирского государственного университета им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых.

Аннотация: В статье рассмотрены различные типы теплоизоляционных материалов (изделия из стекла, вспученного, перлита, вермикулита, вулканического пепла, песка, туфа и пр.) и показаны их характеристики назначение. Делается вывод, что теплоизоляционный материал следует подбирать индивидуально в зависимости от типа строительства. Правильное использование теплоизоляции дает значительный рывок в области энергоэффективности коммуникативных сетей.

Ключевые слова: Теплоизоляция, материал, экономия.

Одной из главных задач в современном энергетическом комплексе является поддержание тепла в трубах с горячей водой. Для максимальной эффективности поддержания тепла в трубах большое внимание уделяется выбору материала, используемого для тепловой изоляции. Как известно, 30 % потерь тепла происходит на трубопроводах холодного водоснабжения, телефонных линиях, вентиляционных каналах, заглубленных кабелях, но долгое время этому факту не уделялось особого внимания. Исходя из этого, повышение энергоэффективности трубопроводов является одним из основных требований к проектированию.

Теплоизоляционными называются такие материалы, которые обладают малой теплопроводностью (λ <0,21 Вт/мК) и которые предназначены для тепловой защиты зданий, нагревающихся поверхностей оборудования, трубопроводов и холодильных камер.

Теплоизоляция состоит из основного теплоизоляционного, наружного защитного и поверхностного слоев и элементов крепления. Основной теплоизоляционный слой защищает изолированную поверхность от потери тепла. Детали и крепежные элементы служат для плотного сцепления основного теплоизоляционного слоя с изолированной поверхностью внешнего защитного слоя и для достижения требуемой прочности изолирующей конструкции в целом. Внешние защитное и отделочное покрытия защищают основной теплоизоляционный слой от механических повреждений, влаги, воздействия агрессивной среды, атмосферных воздействий. Рабочие условия теплоизоляции и, следовательно, выбор конкретной теплоизоляционной конструкции в значительной степени зависят от типа изолированного объекта.

Главные типы изолированных объектов включают в себя следующие:

• оборудование и трубопроводы технологического оборудования и энергосистем, холодильных агрегатов;
• тепловые сети;
• жилые и производственные здания и сооружения;
• транспортные средства;
• промышленные печи и дымоходы.

Рассматриваемый тип материалов характеризуется пористым строением и малой объемной массой. Так как теплопроводность воздуха, который заполняет поры материала, является достаточно маленькой (λв = 0,02 Вт/мК), то при увеличении пористости снижается теплопроводность материала. Поэтому материалы, которые характеризуются наличием мелких закрытых пор, имеют меньшую теплопроводность. Наоборот, в крупных порах открытого типа появляются конвективные потоки воздуха, которые переносят тепло, тем самым увеличивая теплопроводность материала. С повышением влагосодержания увеличивается теплопроводность материала, поскольку показатель теплопроводности воды является более высоким, чем у воздуха.

Обсуждаемый тип материалов и изделий классифицируется по разным характеристикам, например по типу первоначального сырья: органический и неорганический тип. Первый тип обладает недостатками по сравнению со вторым: более высокой гигроскопичностью, загниваемостью, горючестью, меньшей прочностью и теплостойкостью.

По отношению к температуре изолированных объектов они делятся на объекты с положительной и отрицательной температурой поверхности.

В зависимости от назначения утепляемого здания выделяют следующие виды теплоизоляции: промышленная – изоляция промышленного оборудования и труб; строительная – утепление конструкций сооружений.

Минераловатные изделия. Этот тип изделий изготавливается с помощью разных связующих материалов. Минеральная вата является теплоизоляционным материалом, который состоит из тонких стекловидных волокон, которые получают при распылении жидкого расплава горных пород или металлургических шлаков. Марки минеральной ваты, то есть объемная масса, колеблются в пределах от 75 до 150 кг/м3; λ – от 0,035 до 0,046 Вт/м⸱К. Предельная температура применения минеральной ваты () составляет 600 ℃. Её применяют в качестве засыпки и набивки. Из нее изготавливаются следующие изделия: 1) Минераловатные плиты изготавливаются с добавкой вяжущих соединений (смолы, битума, глины); 2) Плиты на фенольной связке характеризуются следующими чертами: объемная масса – 100–175 кг/м3; λ = 0,05 Вт/м⸱К; = 200 ℃. 3) Плиты на битумной связке характеризуются объемной массой – 250–400 кг/м3; λ = 0,06–0,08 Вт/м⸱К.

Помимо этих изделий, из минеральной ваты производят скорлупы и маты. Горючесть минераловатных изделий зависит от типа и объема связующего вещества: негорючие (НГ) – связующее – глина или горючее связующее при содержании до 6 % по массе: 1) горючие (Г1, Г2) – 7–15 %; горючие (Г3, Г4) – более 15 %. Первый тип (Г1, Г2) применяется как отделочный материал для производства подвесных потолков.

Изделия из стекла. Стеклянную вату изготавливают из сырья, которое служит для производства стекла (SiO2, сода и другие), а также из расплава стеклянного боя. Волокна этого типа являются более прочными, чем волокна минеральной ваты, при наличии аналогичных свойств. Объемная масса составляет 130 кг/м3 (в рыхлом состоянии); = 450 ℃; λ <0,052 Вт/м⸱К. Стеклянную вату используют главным образом в виде матов. Ячеистое стекло является высокопористым (П = 80–95 %) материалом, который получают с помощью обжига при температуре 900-1000 ℃ смеси стеклянного порошка и газообразователя (известняка, кокса, антрацита). Объемная масса составляет 200–400 кг/м3; = 800 ℃; λ = 0,128 Вт/м⸱К; = 2–6 Мпа. Ячеистое стекло изготавливается в виде блоков и плит и предназначается в основном для обеспечения теплоизоляции ограждающих конструкций зданий.

Изделия из вспученного перлита. Вспученный перлит является сыпучим материалом, который получают с помощью обжига (1-2 мин) водосодержащей горной породы при температуре 700-1250 ℃. Из-за задержки удаления воды в результате быстрого нагревания перлита его объема увеличивается в несколько раз (до 20). Объемная масса составляет 75– 200 кг/м³; λ = 0,4–0,6 Вт/м⸱К; = 600…900 ℃ – в зависимости от вида связующего материала в изделиях. Вспученный перлит используют как в сыпучем виде (песок), так и в виде изделий. Песок используют как заполнитель для теплоизоляционных бетонов, растворов, изделий, а перлитовый щебень – как пористый заполнитель для теплоизоляционных и легких бетонов.

Вермикулитовые изделия. Данный тип изделий получают из минерала вермикулита при помощи обжига (3–5 мин) при температуре 800-1000 ℃, который представляет собой природную гидратированную слюду (алюмосиликат магния). При этом его объем увеличивается в 20 раз и более. Объемная масса составляет 100–200 кг/м³; λ = 0,004–0,075 Вт/м⸱К; = 1100 ℃. Вермикулитовые изделия используют в качестве наполнителя в огнезащитных красках и обмазках. Подобно перлиту, они используются как заполнители для бетонов и штукатурных растворов.

Вулканический пепел, песок, пемза, туф. Это пористые горные породы, объемная масса которых составляет 400– 1400 кг/м3; λ = 0,11–0,33 Вт/м⸱К;= 1300 ℃. Их применяют как теплоизоляционную засыпку и набивку, а также в виде плит, блоков и других изделий для теплоизоляции зданий.

Помимо указанных типов, также изготавливают плиты и маты из волокон базальта и кремнезема. Теплоизоляционные материалы на неорганической основе относят к типу негорючих. Исключением являются плиты с использованием органических связующих компонентов, горючесть которых зависит от типа и объема связующего вещества. Типичной чертой неорганических теплоизоляционных материалов при пожаре выступает утрата структурной целостности и снижение, а порой полная потеря теплоизолирующих свойств.

Таким образом, можно сделать вывод, что существует множество теплоизоляционных материалов, которые можно и нужно использовать в современном строительстве. Применяя теплоизоляционные материалы можно значительно снизить расходы при выемке грунта, укладывая трубопровод на гораздо меньшей глубине. Теплоизоляционный материал нужно индивидуально подбирать в зависимости от используемой конструкции. Правильное использование теплоизоляции дает значительный рывок в области энергоэффективности коммуникативных сетей.

Список литературы

1. Кочергин С.М. Теплоизоляция. Материалы, конструкции, технологии. М.: Стройинформ. 2008. — 440 с.
2. Копко В.М. Теплоизоляция трубопроводов: Учеб.-метод.пособие / В.М. Копко. — Минск: Технопринт, 2002. — С.45 (160)
3. СП 61.13330.2012. Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов.