Теплоизоляция для внутренних инженерных систем
Опубликовано: 05 августа 2010 г.
198
М. Лукьянцев
Техническая теплоизоляция – важнейший элемент современных инженерных (а во многих случаях и технологических) систем, обеспечивающий снижение энергетических потерь, нормальную работу и сохранность оборудования.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
В настоящее время в различных областях техники и строительства находит применение теплоизоляция на основе разнообразных природных и синтетических материалов. Они отличаются друг от друга стоимостью, эксплуатационными и потребительскими характеристиками. Выбор конкретного материала определяет его назначение. Так, в одних случаях на первое место выходит термическая стойкость теплоизоляции, в других – водонепроницаемость, в третьих – способность теплоизоляции обеспечить расчетные параметры при работе в режиме пиковых нагрузок и т.д. При оснащении внутренних систем отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования индивидуальных, общественных, промышленных зданий предпочтение всё чаще отдается теплоизоляции на основе материалов с закрытой ячеистой структурой – синтетического каучука и вспененного полиэтилена. Среди ее преимуществ – хорошие теплотехнические характеристики, низкая паропроницаемость, простота монтажа и долговечность.
Задачи теплоизоляции
Основное назначение технической теплоизоляции – свести к минимуму нежелательный теплообмен между рабочей и окружающей средами. Этим достигается снижение энергетических затрат на подогрев (охлаждение) теплоносителя (хладагента) и повышается энергоэффективность системы. Другая важная задача – защита оборудования. В зависимости от области применения, техническая изоляция препятствует размораживанию системы или образованию конденсата на поверхности (для этого необходимо, чтобы температура на внешней поверхности изоляционного покрытия была выше точки росы), воздействию агрессивных сред. Наряду с вышеперечисленными основными задачами решаются и другие: гидро-, паро- и шумоизоляция, защита микроклимата жилых и рабочих помещений от непредусмотренных воздействий со стороны теплового или холодильного оборудования и трубопроводов, безопасность случайного контакта человека с горячей или холодной поверхностью.
Технические характеристики
Техническая теплоизоляция характеризуется допустимым диапазоном рабочих температур. Он определяет возможность применения материала в тех или иных условиях. Ассортимент современной ячеистой теплоизоляции включает материалы для низко- и высокотемпературных инженерных систем. Так, отдельные продукты на основе синтетического каучука допускают кратковременное снижение температуры до –200 и повышение до +175 °С.
Другая важная характеристика теплоизоляционного материала – теплопроводность. Она выражается коэффициентом теплопроводности λ, Вт/(м⋅К), равным количеству энергии, проходящему за 1 с через материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур 1 К (1 К = 1 °С). Чем ниже коэффициент теплопроводности материала, тем выше его теплоизоляционные свойства, и достижение расчетных параметров будет обеспечено при меньшей толщине изоляционного слоя. Коэффициент λ не является постоянной величиной и зависит от температуры. Так, СП-41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов» для пенополиэтилена устанавливает расчетное значение λ равным 0,033 Вт/(м•К) для температур до 19 °С, а для температуры 20 °С и выше принята следующая формула:
λ = 0,035 Вт/(м•К) + 0,00018•tср,
где tср – средняя температура теплоизоляционного слоя, рассчитываемая в зависимости от условий эксплуатации.
Поскольку теплопроводность воды выше, чем у воздуха, то при впитывании влаги материала его теплопроводность увеличивается. В отечественных нормативных документах способность материала противостоять проникновению влаги характеризуется паропроницаемостью μ, мг/(м•ч•Па). Она определяется количеством водяного пара, проходящим в течение 1 ч через 1 м2 площади материала толщиной 1 м при разности парциальных давлений на противоположных поверхностях 1 Па. Чем ниже значение паропроницаемости материала, тем менее он влагопроницаем и тем лучше сохраняет свои теплоизоляционные свойства. Значение паропроницаемости теплоизоляционного материала обусловлено, в частности, такими факторами, как замкнутость или открытость ячеек или пор; их размеры; наличие и вид молекулярных связей между ячейками; однородность структуры материала.
Производители и поставщики зарубежных изоляционных материалов используют в качестве характеристики влагостойкости безразмерный коэффициент, называемый фактором сопротивления диффузии водяного пара, или μ-фактором. Он равен отношению паропроницаемостей сухого воздуха и изоляционного материала при одних и тех же условиях. Обозначается μ-фактор тем же символом, что и паропроницаемость, – μ. Для приведения значения μ-фактора (μDIN) к значению паропроницаемости пользуются следующей формулой:
μ = δвозд/μDIN,
где δвозд – паропроницаемость воздуха при данных условиях. Стоит отметить, что паропроницаемость воздуха в малой степени зависит от его температуры, и в практических расчетах ее можно считать константой, равной 0,625 мг/(м•ч•Па). Чем выше значение μ-фактора, тем лучше способность материала противостоять проникновению влаги.
Безопасность
Применение теплоизоляции для устройства инженерных систем зданий и защиты оборудования допускается при соответствии материала действующим нормам пожарной безопасности. Российские нормативные документы определяют пожарную опасность строительных материалов, исходя из их горючести, воспламеняемости, распространения пламени по поверхности (только для поверхностных слоев кровли и полов), дымообразующей способности и токсичности.
СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений» подразделяют материалы на негорючие (НГ) и горючие; последние распределяются на четыре группы: слабо- (Г1), умеренно- (Г2), нормально- (Г3) и сильно- (Г4) горючие. Негорючие материалы не требуют определения других показателей пожарной опасности и не имеют пожарных ограничений по применению.
Как правило, качественная современная теплоизоляция из синтетического каучука и пенополиэтилена относится к группам горючести Г1–Г2. Применение специальных защитных покрытий (алюминиевая фольга, стекловата, минеральные волокна) позволяет улучшить противопожарные свойства материала.
Галогенизированные углеводороды – фреоны – ранее широко применялись при производстве синтетического каучука и пенополиэтилена. Однако ужесточившиеся требования к экологической безопасности привели к отказу большинства производителей материалов с закрытой ячеистой структурой от использования фреонов в технологических процессах.
Синтетический каучук
Такие ведущие мировые производители технической теплоизоляции из синтетического каучука, как Armacell (Германия), IK Insulation Group (Италия), NMC (Бельгия), Thermaflex (Нидерланды), Wilhelm Kaimann (Германия) выпускают материалы, применяемые в температурном диапазоне от –50 до +105 °С (базовое исполнение) и обладающие следующими характеристиками: коэффициент теплопроводности λ при 0 °С – не более 0,036 Вт/(м•°С); коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ – не менее 7000 (базовое исполнение); плотность – 30–100 кг/м3. Их ассортимент включает также продукты, способные работать при температурах до 150 °С (в пиковом режиме – до 175 °С), и материалы, сохраняющие свои теплоизоляционные свойства при понижении температуры до –200 °С.
Эластичность каучука облегчает монтажные работы, а применение специального клея обеспечивает получение прочного клееного шва, не отличающегося по своим свойствам от основного материала (технология получила название «холодной сварки»).
Благодаря относительно большому (12–15 %) линейному термическому расширению каучуковая изоляция способна выдерживать перепады температур, а высокие значения коэффициента сопротивления диффузии водяного пара делают синтетический каучук предпочтительным материалом для систем холодоснабжения, кондиционирования и вентиляции.
Вспененный полиэтилен
Популярная на российском строительном рынке техническая теплоизоляция из пенополиэтилена марок Climaflex, Kaiflex, Thermaflex, «Стенофлекс», «Энергофлекс» применяется при температурах от –80 до +105 °С; имеет коэффициент теплопроводности λ при 0 °С – не более 0,034 Вт/(м•°С); коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ – не менее 2500–3500; плотность – 25–42 кг/м3. Широко применяется покрытие материалов из пенополиэтилена защитными пленками.
Пенополиэтилен обладает высокой износостойкостью и большей, чем синтетический каучук, механической прочностью. Он не токсичен и практически инертен химически, не подвержен воздействию кислот, щелочей и солей металлов. Его также отличают высокая озоностойкость, устойчивость к плесени и микроорганизмам. Цены на теплоизоляцию из пенополиэтилена ниже, чем на каучуковую. Теплоизоляция из вспененного полиэтилена не применяется в высокотемпературных системах, поскольку при кратковременном превышении верхнего предела рабочих температур (около 110 °С) материал оплавляется, теряя свою ячеистую структуру. Невысокая степень адгезии материала диктует необходимость применения специально разработанных клеев и тщательного соблюдения правил монтажа и эксплуатации.
Области применения
Сравнивать синтетический каучук и пенополиэтилен по принципу «лучше – хуже» некорректно: в каждом случае выбор в пользу того или иного материала обусловливается как его свойствами, так и условиями эксплуатации оборудования. Например, для «холодного» применения выпускаются продукты как на основе синтетического каучука, так и пенополиэтилена. Если речь идет о холодильном или вентиляционном оборудовании значительной мощности с работой в непрерывном режиме и без значительных перепадов температур (чиллеры, холодильники мясомолочных комбинатов), то применение пенополиэтиленовой изоляции позволит сэкономить денежные средства. В случае же оборудования небольшой производительности, работающего в пиковом режиме с частыми включениями и выключениями, предпочтительнее каучуковая теплоизоляция, обладающая высокими эластичностью и относительно небольшим линейным термическим расширением.
Форма поставки и дополнительные принадлежности
Теплоизоляция из вспененных материалов поставляется в виде трубок (стандартная длина – 2 м) различного диаметра, трубок в бухтах (только каучук), листов и рулонов, ленты и жгута различной толщины. Продукты могут иметь самоклеющееся исполнение, трубки – снабжаться технологическим разрезом для облегчения монтажа. Для защиты от механических повреждений, а также в декоративных целях некоторые компании дополнительно предлагают внешние жесткие оболочки, изготавливаемые из алюминия, оцинкованной стали, ПВХ и других материалов.
Большинство производителей теплоизоляции из вспененных материалов имеют в своем ассортименте различные аксессуары и инструменты для монтажа – специальные клеи, растворители, пластиковые зажимы для фиксации продольных швов на пенополиэтиленовых трубках, армированные и алюминиевые самоклеющиеся ленты, стусла для фасонной резки трубок, ножи и др.
Нормативные документы:
СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов»
СП-41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов»
СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника»
СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»
СНиП 21-01-97 «Пожарная безопасность зданий и сооружений»
Статья напечатана в журнале «Аква-Терм» #3(37) 2007