CC BY
43УДК 62
В.В. Жовнер, Н.В. Журавлева
ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ, ХАРАКТЕРИСТИКИ, СВОЙСТВА, ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ
В этой статье рассматриваются теплоизоляционные материалы, используемые на сегодняшний день для изоляции трубопроводов, даются определения основных параметров качества, представлены достоинства и недостатки теплоизолирующих материалов.
Ключевые слова: теплоизоляция, трубы, пенополиэтилен, пенопо-липропилен, пенополиуретан, полистирол, теплопроводность, пожа-робезопастность.
Защита трубопроводов от коррозии и тепловых потерь - техническая и экономическая задача, стоящая сегодня перед теплоснабжающими предприятиями. Теплоизоляционные работы на любых трубопроводах преследуют две основные цели:
1.Если трубы используются в системах отопления или горячего водоснабжения, то на первый план выходит снижение тепловых потерь, поддержание требуемой температуры подаваемой среды.
2. Для трубопроводов холодного водоснабжения или канализационных коммуникаций главным фактором становится утепление, то есть недопущения падения в трубах температуры ниже критической отметки, предотвращения промерзания, которое может привести к деформации и разрыву труб.
В этой статье рассмотрим различные материалы, используемые на сегодняшний день для теплоизоляции трубопроводов, определим основные качества, представим достоинства и недостатки теплоизолирующих материалов. Теплоизоляционные материалы в основе которых используются вспененные синтетические материалы появились в России 10-12 лет назад. Это первые образцы вспененного синтетического каучука и вспененный полиэтилен. Высокая эластичность - это одно из преимуществ теплоизоляции из синтетического каучука. Рассчитаны подобные материалы для температур от -50°С до 105°С, а коэффициент их теплопроводности не превышает 0,036 Вт/(м°С). Некоторые разновидности изоляции из вспененного каучука способны работать при +150°С, а сохранять собственные теплоизоляционные характеристики при -200°С. Каучук очень эластичен и отлично склеивается в местах стыков специальным клеем, что значительно упрощает монтаж материала. Именно благодаря тому, что относительное линейное термическое расширение каучука не менее 12-15% во всем диапазоне рабочих температур, делает этот материал наиболее предпочтительным для систем кондиционирования и вентиляции. Термическая стойкость - еще один параметр, которым нельзя пренебрегать при выборе термоизоляции.
Вспененный полиэтилен справедливо относят к очень эффективным термоизоляторам. Плотность пенополиэтилена невысока (около 30 - 35 кг/м3), и термоизоляция никак не утяжелит трубы. Рабочая температура варьируется от -80°С до +105°С, коэффициент теплопроводности - не больше 0,034 Вт/(м°С), а коэффициент сопротивления диффузии пара составляет от 2500 и более. К достоинствам теплоизоляции из вспененного полиэтилена относят высокую износостойкость, способность противостоять механическим нагрузкам, почти полную химическую инертность, способность противостоять воздействию кислот щелочей и солей металлов. Полиэтилен обладает высокой озоностойкостью, стойкостью к плесени и микроорганизмам, он нетоксичен. Недостаток полиэтиленовой теплоизоляции: относительное линейное расширение полиэтилена - не более 3% во всем диапазоне рабочих температур. Клеевые соединения вспененного полиэтилена - это проблемное место, особенно во время эксплуатации. Данный материал, к сожалению, не применяется при высоких температурах, поскольку начинает плавиться уже при +110°С. Небольшим минусом пенополиэтилена является его низкая адгезия, что усложняет монтаж.
Хотя пенополистирол (пенопласт) известен десятки лет, технология производства из него теплоизоляции для труб появилась относительно недавно. Сфера применения пенополистирольного (ППС) утеплителя затрагивает все отрасли промышленного и коммунального хозяйства, методика является наиболее перспективной и может применяться для утепления в следующих случаях:
- При изоляции и защите от воздействия отрицательных температур магистральных трубопроводов, проходящих под землей и на ее поверхности;
© Жовнер В.В., Журавлева Н.В., 2020.
Научный руководитель: Шеногин Михаил Викторович - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет, Россия.
Вестник магистратуры. 2020. № 2-3 (101)
ISSN 2223-4047
- Для защиты и тепловой изоляции водопроводных, отопительных и канализационных труб в коммунальном и частном хозяйстве.
- При изоляции воздухопроводов систем вентиляции и кондиционирования.
- Для защиты подводящих холодную воду труб от замерзания при организации индивидуального водоснабжения в загородных домах.
- При утеплении колодцев и обсадных скважинных труб.
ППС для изоляции труб при бытовом и промышленном использовании имеет следующие преимущества:
- Низкая теплопроводность, позволяющая эффективно сохранять тепло.
- Длительный срок службы — материал можно эксплуатировать до 50 лет в изолированном от солнечных лучей пространстве, ППС не гниет и очень медленно разлагается.
- Конструкция скорлупы выполняется в виде сборных сегментов — это позволяет при необходимости легко демонтировать установленный изолятор и использовать его многократно.
- Легкий вес материала упрощает и его монтаж, и транспортировку.
- Безопасность - материал можно без опаски брать в руки и работать с ним без дополнительных мер предосторожности.
- Долговечность (при соблюдении нормальных условий эксплуатации изоляция прослужит не одно десятилетие).
Обладая низкими показателями теплопроводности и водопоглощения, пенопласт был бы идеальным изолирующим материалом, если бы не его горючесть, термостойкость не превышает 100°С. К недостаткам материала также относятся такие свойства как хрупкость, ускорение потери качеств под воздействием солнечных лучей, поэтому на открытом воздухе его поверхность необходимо дополнительно защищать, выделение вредных веществ при горении, его нельзя красить или покрывать большинством жидких синтетических материалов, так как , распространенные в быту и строительной отрасли химические вещества разлагают полистирол.
Новый вспененный материал марки Акримид способен выдерживать тепловую нагрузку до 220°С, что делает его более эффективным относительно таких широко применяемых полимеров, как вспененные полиуретан, полистирол, поливинилхлорид (ПВХ), полистирол-акрилонитрил и другие.
В числе ценных свойств материала, которые делают новую разработку российских ученых весьма перспективной в производстве, такие параметры нового материала, как: высокая термостойкость относительно имеющихся вспененных и экструдированных полимеров, стабильная прочность при большом давлении и высокой температуре, широкий диапазон плотностей, - возможность термоформирования, применяемость материала в разных технологиях склейки, отличные теплоизоляционные характеристики.
Одно из достоинств новой разработки — возможность получения из него деталей сложной геометрической формы, поскольку возможна переработка Акримида в виде мелко дисперсного гранулята.
Пенополиуретан (ППУ) - это теплоизоляционный материал, наилучшим образом отвечающий требованиям, предъявляемым сегодня к теплоизоляции трубопроводов. Пенополиуретан на рынке теплоизоляции предлагается в виде скорлуп ППУ, труб ППУ, сэндвич-панелей, и обладает прекрасными теплоизоляционными свойства. Коэффициент теплопроводности данного теплоизолятора один из самых низких -примерно 0,023-0,033 Вт/(мК), что позволяет создавать трубные системы из трубы, фитингов, арматуры и компенсаторов с тепловой изоляцией, недоступной для других альтернативных материалов под теплозащиту. К преимуществам относятся такие качества материала, как легкий вес 40-60кг/кб.м; высокая адгезионная прочность; отличная антикоррозийная защита металлоконструкций; отсутствие мостиков холода; возможность изоляции конструкций любой конфигурации и размеров.
Изоляционные изделия из пенополиуретана обладают и такими свойствами как:
Долговечность - благодаря влагостойкости и биохимической устойчивости теплоизоляционные качества сохраняются на протяжении 25-30 лет. Экологичность - ППУ безопасен в эксплуатации, не выделяет в окружающую среду вредных токсичных веществ. Исключается возможность выделения частиц утеплителя в окружающую среду, а это важный фактор для применения в тех местах, к которым предъявляются повышенные требования к чистоте воздуха.
Пожаробезопасность - ППУ-трудногорючий, самозатухающий теплоизолятор температура воспламенения превышает +415°С, а температура самовоспламенения - +750°С.
Влагостойкость - существует вероятность впитывание воды скорлупами из пенополиуретана, что происходит под воздействием большого водяного давления. При этом водопоглощение по объему за сутки не превышает 0,5%.
Биохимическая устойчивость - пенополиуретан отличается повышенной стойкостью к воздействию химических соединений, не разрушается при соприкосновении с растворителями и концентрированными кислотами.
Пенополиуретан напыляется практически на любые материалы: дерево, стекло, металл, бетон, кирпич, краску, не зависимо от конфигурации поверхности. В результате этого отсутствует необходимость в специальном крепеже изоляции.
Новое направление в утеплении - теплоизоляционная краска. Отечественная инновация, в состав которой входят керамические частицы, перлит и пеностекло, позиционируется как экологически чистая полноценная замена популярным утеплителям. Возможность значительно уменьшить толщину защитного слоя без потери свойств делает этот вариант весьма перспективным. После нанесения и высыхания состава на поверхности трубопровода образуется тонкая эластичная пленка, обладающая высокими термоизоляционными качествами.
Техническая характеристика термокраски:
Эластичность плёнки при изгибе - 1 мм;
Адгезия покрытия по силе отрыва от окрашенной поверхности - к бетонной поверхности - 1.28 Мпа;
- к кирпичной поверхности - 2 Мпа;
- к стали - 1.2 Мпа;
Стойкость покрытия к действию перепада температур от -40 °С до + 80 °С без изменений;
Стойкость покрытия к воздействию температуры +200 °С за 1 ,5 часа пожелтения, трещин, отслоений и пузырей нет;
Долговечность для бетонных и металлических поверхностей в умеренно-холодном климатическом районе (Москва) - не менее 10 лет;
Теплопроводность - 0,0012 Вт/м °С;
Паропроницаемость - 0.03 мг/м х ч х Па;
Водопоглощение за 24 часа - 2 % по объёму;
Температурный диапазон эксплуатации от - 60 до + 260 °С
Многие специалисты полагают, что подобные утеплители со временем заменять привычные термоизоляционные материалы на минеральной или органической основе.
Библиографический список
1.https://teplota.guru/teploizolyatsiya/poetapnaya-izolyatsiya-truboprovodov.html
2.https://stroyday.ru/stroitelstvo-doma/pechi-i-sistemy-otopleniya/teploizolyaciya-dlya-trub-otopleniya-na-otkrytom-vozduxe.html
ЖОВНЕР ВАЛЕНТИНА ВИКТОРОВНА - магистрант, Владимирский государственный университет, Россия.
ЖУРАВЛЕВА НАТАЛЬЯ ВЯЧЕСЛАВОВНА - ассистент, Владимирский государственный университет, Россия.
