CC BY
6Шаг в науку • № 3, 2023
УДК 699.86
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ТЕПЛА
В ТЕПЛОВЫХ СЕТЯХ
Сагатаев Владислав Рафаилович, магистрант, направление подготовки 08.04.01 Строительство, Оренбургский государственный университет, Оренбург e-mail: sagataev_v@mail.ru
Научный руководитель: Закируллин Рустам Сабирович, доктор технических наук, доцент, заведующий кафедрой теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Оренбург
e-mail: rustam.zakirullin@gmail.com
Аннотация. На сегодняшний день потери тепла по длине трассы существующих тепловых сетей по различным причинам достигают до 70%. Это ведет к большим энергетическим потерям, что повышает затраты при обслуживании теплоснабжения. Одной из наиболее часто встречающейся проблемой, приводящей к значительным потерям тепла, является достаточно высокий процент износа и неграмотное применение тепловой изоляции. В связи с этим вопрос выбора оптимальных теплоизоляционных материалов для повышения эффективности тепловых сетей остается актуальным. Цель статьи - анализ теплоизоляционных материалов, применяющихся в тепловых сетях. В ходе анализа было рассмотрено несколько видов теплоизоляционных материалов. При сравнении определенных характеристик были выявлены наиболее эффективные материалы.
Ключевые слова: теплоизоляционные материалы, система теплоснабжения, тепловые сети, потери тепла, характеристики теплоизоляционных материалов, теплоизоляция.
Для цитирования: Сагатаев В. Р. Теплоизоляционные материалы для снижения потерь тепла в тепловых сетях // Шаг в науку. - 2023. - № 3. - С. 50-53.
THERMAL INSULATION MATERIALS TO REDUCE HEAT LOSSES
IN HEATING NETWORKS
Sagataev Vladislav Rafailovich, postgraduate student, training program 08.04.01 Construction, Orenburg State University, Orenburg e-mail: sagataev_v@mail.ru
Research advisor: Zakirullin Rustam Sabirovich, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Heat and Gas Supply, Ventilation and Hydro-Mechanics, Orenburg State University, Orenburg e-mail: rustam.zakirullin@gmail.com
Abstract. To date, heat losses along the length of the route of existing heating networks for various reasons reach up to 70%. Heat losses lead to large energy losses, which increases the costs of heat supply maintenance. One of the most common problems leading to significant heat losses is a fairly high percentage of wear and illiterate use of thermal insulation. In this regard, the issue of choosing the optimal thermal insulation materials to increase the efficiency of heating networks remains relevant. The purpose of the article is to analyze thermal insulation materials used in heating networks. During the analysis, several types of thermal insulation materials were considered. When comparing certain characteristics, the most effective materials were identified.
Key words: thermal insulation materials, heat supply system, heat networks, heat loss, characteristics of thermal insulation materials, thermal insulation.
Cite as: Sagataev, V. R. (2023) [Thermal insulation materials to reduce heat losses in heating networks]. Shag v nauku [Step into science]. Vol. 3, рр. 50-53.
Тепловая сеть представляет собой совокупность устройств, пунктов и станций, которые служат для
50 Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License. COB. P. Сагатаев. 2023
транспортировки тепловой энергии с помощью различных веществ-теплоносителей (например, вода и пар) от источников тепловой энергии до теплопо-требляющих установок. В настоящее время такие сети используются для передачи тепла на большие расстояния. С целью уменьшения потерь тепла, тепловая сеть должна быть покрыта теплоизоляционными материалами [2].
Современным рынком материалов в России представлено множество теплоизолирующих материалов для труб отечественного и зарубежного производства [5].
В данной статье проводится анализ современных теплоизоляционных материалов с учетом их характеристик. Рассматриваются следующие варианты тепловой изоляции: изоляция пенополиуретаном, теплоизоляция из базальтового волокна Rockwool, стекловолокно Ьоуег, пенополиуретан при нанесении в жидком виде на трубы. Характеристики теплоизоляционных
материалов для сравнения приведены в таблице 1.
Первый вариант - изоляция пенополиуретаном. Этот способ отличается использованием одного из самых распространенных, эффективных и экологически чистых теплоизоляционных материалов и позволяет предотвратить появление «мостиков холода» [3]. Пенополиуретан представляет собой жесткий газонаполненный пенопласт на основе вспененного полиуретана. Теплоизоляция пенополиуретаном изготавливается принципом «труба в трубе». Согласно этому принципу теплоизоляция состоит из двух труб: внутренней рабочей трубы, которая играет роль несущей, и наружной трубы, выполняющей функцию защитной оболочки. Пенополиуретан находится в пространстве между наружной и внутренней трубами. Защитная оболочка из полиэтилена или оцинкованной стали продлевает срок службы теплотрасс. Разрез трубы при использовании данного варианта теплоизоляции представлен на рисунке 1.
Рисунок 1. Разрез трубы изолированной пенополиуретаном Источник: разработано автором на основе [1]
Характеристики пенополиуретана [3]:
- теплопроводность Л: при 0° С < 0,026 Вт/м °С; при 10 °С < 0,030 Вт/м°С; при 50 °С < 0,032 Вт/м °С;
- плотность пенополиуретана от 40 до 50 кг/м3;
- рабочие температуры в диапазоне от -80 °С до +130 °С;
- группа горючести - Г1/Г2;
- устойчив к растворителям, бензину, слабым растворам кислот и щелочей;
- экологически безопасный, устойчивый к микроорганизмам, плесени, грибкам и гниению [2]. Разрез трубы при использовании теплоизоляции Яоскигоо1 на основе базальтового волокна представлен на рисунке 2.
Второй вариант - теплоизоляция Яоскигоо1 с применением базальтового волокна. Это теплоизоляция для труб из минеральной ваты на основе базальтово-
го волокна. Такой вариант является одним из самых энергоэффективных, экологически чистых и долговечных. Наиболее оптимальный вариант - навивные цилиндры, имеющие сплошной продольный разрез по одной стороне и соответствующий ему надрез с внутренней поверхности для эффективности монтажа на трубопроводы.
Характеристики теплоизоляции Яоскигоо1 [8]:
- плотность 45-55 кг/м3;
- устойчив к растворителям, кислотам и щелочам;
- устойчив к высоким температурам без потери своих теплоизолирующих свойств (до +900 °С);
- группа горючести - КМ0 (негорючие);
- теплопроводность Л в диапазоне от 0,037 Вт/м °С до 0,087 Вт/м °С;
- плотность материала от 45 до 55 кг/м3;
Сагатаев В. Р.
Рисунок 2. Разрез трубы с теплоизоляцией Rockwool из базальтового волокна
Источник: разработано автором на основе работы Теплоизоляционные изделия ROCKWOOL в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов: рекомендации по применению с альбомом технических решений - URL: https://files.stroyinf.rU/Data2/1/4293833/4293833327.pdf (дата обращения: 20.04.2023)
Еще один вариант изоляции тепловых сетей - это стекловолокно производства Ьоуег - это материал, который изготовлен из стекловолокна со специально подобранным составом [7].
Характеристики стекловолокна Ьоуег:
- диапазон рабочих температур применения от -60 °С до + 270 °С;
- теплопроводность Л при 10 °С равна 0,032 Вт/м °С, при 25 °С - 0,037 Вт/м °С;
- коэффициент паропроницаемости - 0 мг/ (мчПа);
- группа горючести Г1.
Четвертый вариант изоляции - пенополиурета-нового покрытия с жидким нанесением прямо на поверхность трубы или любую другую утепляемую поверхность. Такой вариант имеет ряд преимуществ, среди которых высокая адгезионная способность, высокая коррозионная защита, способность выдерживать высокие температурные перепады [6].
Характеристики пенополиуретана при нанесении
жидкого покрытия непосредственно на трубы:
- невысокий коэффициент теплопроводности Л = 0,02 ^ 0,03Вт/(м°С), что позволяет минимизировать толщину изоляционного слоя. Фактические тепловые потери в трубах, утепленных пенополиуретаном, снижаются более чем в 1,5 раза по сравнению с минеральной ватой;
- долговечность. Гарантированный срок службы покрытия составляет 25-30 лет, в то время как ми-нераловатная изоляция требует замены через 4 года;
- устойчивость к воздействию влаги;
- химически нейтрален к щелочным и кислотным средам и устойчив к воздействию агрессивных химических жидкостей;
- пожаробезопасность. Пенополиуретан относится к трудногорючим материалам (Г1/Г2), более того, с целью повышения уровня пожаробезопасно-сти, современные производители добавляют в состав основной смеси специальные антипирены.
Таблица 1. Характеристики теплоизоляционных материалов
Вид теплоизоляции Материал теплоизоляции Теплопроводность X, Вт/м°С Плотность, кг/м3 Температура применения, °С Горючесть Стоимость руб./ п.м. (зависит от толщины)
Пенополиуретан Пенополиуретан 0,026-0,032 40-50 от -80 до +130 Г1/Г2 1500-2500
Теплоизоляция Rockwool Базальтовое волокно 0,037-0,087 45-55 до +900 КМ0 (негорючие) 655-1200
Теплоизоляция Isover Стекловолокно 0,032-0,037 - от -60 до +270 НГ 120-1180
Пенополиуретан Жидкое нанесение пенополиуретана 0,02-0,03 45-60 от -80 до +130 Г1/Г2 1350-2500
Источник: разработано автором на основе [4]
Таким образом, рассмотрено четыре вида наиболее часто применяемых теплоизоляционных материалов. По результатам анализа технических характеристик теплоизоляционных материалов, которые приведены в таблице 1, можно сделать вывод, что наиболее оптимальным вариантом теплоизоляции является
пенополиуретановая изоляция и изоляция на основе стекловолокна Isover. В дальнейшем работа продолжится по теме выпускной квалификационной работы «Исследование возможности снижения потерь тепла в тепловых сетях за счет использования оптимальных теплоизоляционных материалов»
Литература
1. Абильдинова С. К., Бейсен Д. М., Байдюсенов Г. Н. Оценка эффективности теплоизоляционных конструкций из пенополиуретана при различных способах прокладки теплосетей // Вестник Алматинского университета энергетики и связи. - 2019. - № 4(47). - С. 28-33.
2. Бирюзова Е. А., Ломакина Л. С. Повышение энергоэффективности тепловой сети за счет применения оптимального вида тепловой изоляции // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2010. - № 5. -С. 19-25.
3. Голещихина Н. Ю. Определение влияния мостиков холода на теплозащитные свойства ограждающих конструкций // Избранные доклады 64-й университетской научно-технической конференции студентов и молодых ученых: сборник докладов, Томск, 24 апреля 2018 г. - Томск: Томский государственный архитектурно-строительный университет, 2018. - С. 778-781.
4. Зеленцов Д. В. Применение трубопроводов из различных материалов при проектировании и устройстве систем отопления // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии: сборник статей. - Самара: ФГБОУ ВПО Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2016. -С. 318-322.
5. Кладовщиков Д. А., Чупакова Е. П. Применение инновационных теплоизоляционных материалов при капитальном ремонте инженерных систем жилых зданий для снижения теплопотерь // Безопасный и комфортный город: сборник научных трудов по материалам IV международной научно-практической конференции, Орел, 16-17 июня 2020 г. - Орел: Орловский государственный университет имени И. С. Тургенева, 2020. -С. 354-356.
6. Кузнецов А. Н., Манойлина С. З. Способ уменьшения теплопотерь теплотрассы // Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе: материалы Международной научно-практической конференции, Воронеж, 8-9 июня 2021 г. - Воронеж: Воронежский государственный аграрный университет им. Императора Петра I, 2021. - С. 86-94.
7. Теплоизоляционные стекломатериалы. Пеностекло: монография / Минько Н. И. [и др.] - Белгород: БГТУ им. В. Г. Шухова, 2016 - 263 с.
8. Теплоизоляционные изделия ROCKWOOL в конструкциях тепловой изоляции оборудования и трубопроводов: рекомендации по применению с альбомом технических решений - URL: https://files.stroyinf.ru/ Data2/1/4293833/4293833327.pdf (дата обращения: 20.04.2022).
Статья поступила в редакцию: 30.10.2022; принята в печать: 07.08.2023
Автор прочитал и одобрил окончательный вариант рукописи.
