CC BY
21Доклады VI Академических чтений «Актуальные вопросы строительной физики»
УДК 621.45.046.5: 621.184.76
A.А. ЗАЙЦЕВА, инженер (zaytseva.a@polyplastic.ru), Е.И. ЗАЙЦЕВА, канд. техн. наук,
B.Ф. КОРОВЯКОВ, д-р техн. наук
Московский государственный строительный университет (129337, г. Москва, Ярославское ш., 26)
Повышение энергоэффективности за счет тепловой изоляции трубопроводов
Одним из наиболее перспективных путей решения проблемы рационального использования энергоресурсов является создание эффективных материалов для тепловой изоляции трубопроводов при их прокладке в неотапливаемых помещениях зданий. В качестве такого материала предлагается использовать эффективный газобетон на основе жидкого стекла, модифицирующих добавок, дробленого и молотого стеклобоя: алюминиевой пудры, гидроксида натрия и кремнефтористого натрия. Данная теплоизоляция отвечает требованиям пожарной безопасности, долговечности, эксплуатационной надежности. Ее применение позволит повысить энергоэффективность трубопроводов и получить стойкий экологический и экономический эффект за счет применения твердых бытовых отходов.
Ключевые слова: энергоэффективность, стеклобой, газобетон, трубопроводы.
A.A. ZAYTSEVA, engineer (zaytseva.a@polyplastic.ru), E.I. ZAYTSEVA, Candidate of Sciences (Engineering), V.F. KOROVYAKOV, Doctor of Sciences (Engineering). Moscow State University of Civil Engineering (26, Yaroslavskoe Highway, Moscow, 129337, Russian Federation)
Improving the Energy Efficiency Due To Heat Insulation of Pipelines
One of the most prospective ways to solve the problem of rational using energy resources is the creation of materials for heat insulation of pipeline when they are laid in unheated premises of the building. Effective gas concrete on the basis of liquid glass, modifying additives, crushed and ground broken glass, aluminum powder, sodium hydroxide, and sodium fluoro-silicate is proposed to be used as such a material. This heat insulation meets the requirements of fire safety, durability, operation reliability. Its use makes it possible to improve the energy efficiency of pipelines and have a stable ecological and economic effect due to the use of solid domestic waste.
Keywords: energy efficiency, broken glass, gas concrete, pipelines.
Являясь одной из ведущих держав мира по производству энергии, Россия значительно уступает экономически развитым странам в вопросах рационального использования энергоресурсов. Анализ опыта различных стран в решении проблемы энергосбережения показывает, что одним из наиболее перспективных путей ее решения является создание эффективных материалов для тепловой изоляции трубопроводов при их прокладке в неотапливаемых помещениях зданий. Данные материалы должны обладать достаточной прочностью и морозостойкостью, высокими теплозащитными свойствами, высокой огнестойкостью и долговечностью, экологической безопасностью как с точки зрения безопасности людей, так и с точки зрения безопасности материалов для окружающей среды [1].
В настоящее время для тепловой изоляции трубопроводов систем инженерного оборудования и теплоснабжения зданий применяются полносборные или комплектные конструкции, а также трубы с тепловой изоляцией полной заводской готовности [2]. В качестве теплоизоляционных материалов для изоляции трубопроводов различного назначения, сооружаемых, в частности, в Москве следует применять материалы с теплопроводностью в сухом состоянии не выше 0,06 Вт/(м.оС) (при 20оС).
При прокладке теплоизолированных труб для распределительных сетей горячего водоснабжения и отопления на чердаках и в подвалах жилых и общественных зданий необходимо учитывать требования пожарной безопасности по показателям горючести. Использование теплоизоляционных конструкций из горючих материалов с теплоизоляционным слоем из пенополиэтилена, пенополипропилена, пенокаучука, пенополиуретана и др. не допускается применять для трубопроводов, расположенных в зданиях, что регламентировано нормативными документами.
Применение волокнистых утеплителей для данных целей не всегда себя оправдывает и имеет ряд существенных недостатков, в частности невозможность пол-
ной защиты от коррозии металлических средонесущих труб, требует дополнительной гидроизоляции и т. п.
Использование в качестве тепловой изоляции трубопроводов бетонов на искусственных пористых заполнителях и ячеистых бетонах неэффективно, так как их коэффициент теплопроводности колеблется в пределах 0,11—0,92 Вт /(м.оС), а значит, и вес получается значительным. У других неорганических теплоизоляционных материалов (пеностекло, газостекло и др.) очень высокая стоимость, и это, несмотря на их положительные характеристики, часто является решающим фактором при отказе от их применения [3].
Было высказано предположение, что приемлемым техническим решением вопросов прокладки трубопроводов ГВС и отопления в подвальных и чердачных помещениях станет конструкция трубопроводов, состоящая из основной средопроводящей трубы на основе высокотемпературного полимера с теплоизоляцией из неорганических материалов ячеистой структуры пониженной плотности. Такие трубы не поддаются воздействию коррозии, не требуют водоподготовки, а неорганические материалы теплоизоляции негорючи, термостойки, имеют низкий коэффициент теплопроводности, высокую долговечность и сравнительно невысокую стоимость. В качестве такого материала предлагается использовать эффективный газобетон на основе жидкого стекла, модифицирующих добавок, дробленого и молотого стеклобоя, алюминиевой пудры, гидроксида натрия и кремнефтористого натрия.
Использование несортированного боя технических стекол дополнительно позволит утилизировать неразлагающийся техногенный отход и понизить стоимость готового продукта. Известно, что вовлечение отходов промышленности и твердых бытовых отходов (ТБО) позволяет на 10—30% снизить затраты на изготовление строительных материалов и конструкций по сравнению с производством их из природного сырья [4].
Ранее предложенные технологии, разработанные в МГСУ, позволяли получать эффективные пенобетоны на основе жидкого стекла и стеклобоя. Однако эти тех-
42
научно-технический и производственный журнал
июнь 2015
J "А ®
Reports of the VI Academic reading «Actual issues of building physics»
/ 3 4 5
Таблица 1
Технические характеристики материала
Средняя плотность в сухом состоянии, кг/м3 150-400
Предел прочности при сжатии, МПа 0,08-2
Предел прочности при изгибе, МПа 0,04-0,4
Коэффициент теплопроводности, Вт/(м.оС) 0,06-0,11
Диапазон рабочей температуры, оС от -60 до +800 оС
Таблица 2
Основные эксплуатационные характеристики труб
Рабочая температура до 115оС до 95оС
Рабочее давление до 1,25 МПа до 1,25 МПа
Диаметры 50-160 мм
нологии были сложны и предполагали наличие многоступенчатой тепловой обработки [5].
Был произведен ряд экспериментов и выработана определенная технология производства эффективного газобетона. На первом этапе подготавливают сырьевую смесь из твердых компонентов, а именно дробленого и молотого стеклобоя, гидроксида натрия и специальных добавок. На втором этапе полученную смесь перемешивают с жидким стеклом и водой. В качестве пенообразователя используют алюминиевую пудру. Через некоторое время (1—2 мин) начинается саморазогрев смеси до температуры не менее 80оС, сопровождаемый интенсивным газообразованием и паровыделением, которые обеспечивают вспучивание и отверждение массы. Процесс заканчивается через 10—20 мин. Продолжительность вспучивания и отверждения можно регулировать. В зависимости от состава кратность вспучивания составляет шесть и более раз. Полученный материал не требует дополнительной сушки. Вспучивание материала происходит благодаря выделению водорода в результате взаимодействия алюминиевой пудры с жидким стеклом и гидратом окиси натрия. Гидрат окиси натрия является ускорителем газообразования и отверждения материала, а экзотермия реакции способствует дополнительному вспучиванию за счет образования паров воды и снижению влажности материала, тем самым исключая сушку из процесса производства [6]. Характеристики полученного материала представлены в табл. 1.
Рентгенограмма полученного материала показывает, что он состоит более, чем на 90% из аморфной фазы.
Рис. 1. Конструкция трубопровода с использованием газобетона.
1 - последовательность слоев высокотемпературных полимеров;
2 - армировка из высокомодульного волокна; 3 - кислородно-защитный слой; 4 - теплоизоляция из газобетона; 5 - оцинкованная защитная оболочка
Известно, что теплопроводность стеклообразных материалов почти на порядок ниже, чем кристаллических, однако с повышением температуры их теплопроводность возрастает.
При теплоизоляции полимерных трубопроводов предлагается использовать полученный материал в качестве самовспучивающейся смеси, заливаемой в съемную или несъемную опалубку. Конструкции для тепло-и гидроизоляции должны проектироваться в соответствии с действующими нормативными документами и с учетом особенностей газобетона:
•СП 61.13330.2010 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». Актуализированная редакция СНиП 41-03-2003;
•СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий» Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003; •СП 124.13330.2012 «Тепловые сети». Актуализированная редакция СНиП 41-02-2003; •СП 131.13330.2012 «Строительная климатология». Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*. При выборе конструкции следует учесть, что предлагаемая теплоизоляция в затвердевшем состоянии является жесткой.
В качестве основной средопроводящей трубы можно применить трубы типа ИЗОПРОФЛЕКС со следующими характеристиками (табл. 2)
В целом проведенные опытные исследования по утилизации несортированного боя искусственных стекол при создании негорючей эффективной тепловой изоляции позволят не только повысить энергоэффективность трубопроводов за счет сокращения потерь тепла, но и получить стойкий экологический и экономический эффект.
Список литературы
1. Ухова Т.А. Перспективы развития производства и применения ячеистых бетонов // Строительные материалы. 2005. № 1. С. 18-21.
2. Сахаров Г.П. Ячеистые бетоны в посткризисный период // Научно-практический интернет-журнал «Наука. Строительство. Образование». 2011. № 1. http://www.nso-journal.ru/public/journals/1/ issues/2011/01/8.pdf (дата обращения 25.05.2015).
3. Григорова Ю.А. Вторичное использование стеклобоя в производстве теплоизоляционных материалов // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 8. http://web.snauka.ru/issues/2014/08/37026 (25.05.2015)
4. Никулин Ф.Е. Утилизация и очистка промышленных отходов. Л.: Судостроение. 2004. 232 с.
5. Зайцева Е.И. Поризованный теплоизоляционный материал на основе стеклобоя. Дис. канд. техн. наук. М.: 1998. 165 с.
6. Патент РФ 2263085. Сырьевая смесь для изготовления теплоизоляционного материала/ Геворкян ВА, Коровяков В.Ф., Даллакян Д.В. Заявл. 17.07.2003. Опубл. 27.10.2005.
References
1. Uhova T.A. Prospects for the development of production and application of cellular concrete. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2005.No 1, pp. 18-21. (In Russian)
2. G.P. Sakharov. Foamed concretes in post-crisis period. Nauchno-prakticheskij Internet-zhurnal «Nauka. Stroitel'stvo. Obrazovanie». 2011. № 1. http://www.nso-journal.ru/public/ journals/1/issues/2011/01/8.pdf (date use the site 25.05.2015)
3. Grigorova Ju.A. Recycling of a cullet in production of heat-insulating materials. Sovremennye nauchnye issledo-vanija i innovacii.2014.No 8. http://web.snauka.ru/is-sues/2014/08/37026 (date use the site 25.05.2015)
4. Nikulin F.E. Utilization and cleaning of industrial wastes. L.: Sudostroenie. 2004 , 232 p.
5. Zaytseva E.I., Porous insulation material on the basis of cullet. Cand. Diss. (Engineering). Moskva. 1998, 165p. (In Russian)
6. Patent RF 2263085. Syr'evaja smes' dlja izgotovlenija teploizol-jacionnogo materiala [Raw mix for production of heat-insulating material] Gevorkyan V.A., Korovyakov V.F., Dallakyan D.V., Declared 17.07.2003. Published 27.10.2005. (In Russian).
©teD'AfZJlhrMS.
научно-технический и производственный журнал
июнь 2015
43
