теплоизоляция

Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, предназначенные для изоляции тепловых потоков, конструкций зданий и сооружений, аппаратуры,трубопроводов, холодильников. Основными характеристиками теплоизоляционных материалов являются их высокая пористость, малая средняя плотность и низкая теплопроводность. Строительные материалы, характеризующиеся малой способностью проводить тепло, и относят к теплоизоляционным. Эти материалы подразделяют на теплоизоляционно-конструкционные, гидроизоляционные, отделочные, акустические (звукоизоляционные).

Выбор теплоизоляционного материала диктуется определенным набором характеристик объекта изоляции, требованиями норм энергоэффективности, соотношением себестоимости используемых материалов и их долговечности.

Необходимые требования к теплоизоляционным материалам

Температуростойкость - это весьма ценное свойство ТИМ, особенно при использовании их для изоляции промышленного оборудования, работающего при высоких температурах. Температуростойкость материалов характеризуют техническая и экономическая предельные температуры применения. Под технической температурой понимают ту, при которой материал может эксплуатироваться без изменения его технических свойств.

Паропроницаемость. ТИМ с сообщающимися открытыми порами пропускают значительное количество водяного пара — почти столько же, сколько воздуха. Благодаря малому сопротивлению паропроницаемости они почти всегда остаются сухими: в основном пар конденсируется в следующем слое, на более холодной стороне. Во избежание конденсации водяного пара теплая сторона должна обладать большей паронепроницаемостью, чем холодная, а также воздухонепроницаемостью.

Воздухонепроницаемость. Мягкие изоляционные материалы настолько хорошо пропускают воздух, что движение воздуха приходится предотвращать путем применения отдельной ветрозащиты. Жесткие изделия в свою очередь обладают хорошей воздухонепроницаемостью и не нуждаются в каких-либо специальных мерах защиты. Они могут применяться также в качестве ветрозащиты.

Химическая стойкость. Теплоизоляционные материалы должны обладать хорошей стойкостью к действию органических веществ.

Теплоизоляция является универсальной областью техники, т.к. она применяется практически во всех отраслях промышленности.

Теплоизоляция в значительной степени определяет техническую возможность и экономическую эффективность реализации большинства технологических процессов в промышленности и ЖКХ.

Объектами теплоизоляции в нефтяной и химической промышленности являются - ректификационные колонны, регенераторы, скрубберы, реакторы, калориферы, теплообменники, емкости для хранения нефтепродуктов, конденсатосборники и др.

В энергетических системах теплоизоляция выполняется на оборудовании и трубопроводах ТЭЦ и котельных. Теплоизоляции подлежат паровые котлы, паровые и газовые турбины, подогреватели, испарители, деаэраторы, баки, бойлеры, насосы, дымососы, газоходы, вентиляторы, сепараторы, циклоны и др.

От правильного выбора теплоизоляции во многом зависит реализация одного из основополагающих принципов – требования энергоэффективности и безопасности для обслуживающего персонала, а также сохранение параметров технологического процесса в заданных пределах.

Теплоизоляция (тепловой изолятор) предназначена для снижения величин теплового потока объекта. Защитно-покровная оболочка теплоизоляции обеспечивает сохранность теплоизоляционного слоя в эксплуатационных условиях, защищая его от внешних факторов – атмосферных осадков, пульсирующих ветровых нагрузок и других воздействий.

Выбор технического решения теплоизоляции осуществляется с учетом конструктивных особенностей объекта, его ориентации в пространстве, внешних атмосферных воздействий, и, конечно, целевого назначения теплоизоляции.

Промышленная теплоизоляция является важным элементом конструкции изолируемых сооружений и оборудования, поскольку, обычно, выполняет не только свою традиционную роль – снижение потерь тепловой энергии в окружающую среду, но также, в большинстве случаев, обеспечивает соблюдение требуемых тепловых режимов конструкций оборудования и технологического режима, им реализуемого. Поэтому эффективность промышленной теплоизоляции определяется не только ее высокими теплоизолирующими свойствами, но и стабильностью теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций в процессе эксплуатации.

Теплоизоляция промышленных сооружений, оборудования и трубопроводов в теплоэнергетике – котлов, паровых и газовых турбин, высотных дымовых труб высотой 190-350 метров, резервуаров для хранения жидкого топлива, сжиженных природных и углеводородных газов, газгольдеров, тепловых сетей и др.; в промышленности строительных материалов, химической и нефтегазоперерабатывающей, металлургической, пищевой и и других отраслях промышленного производства – печей, сушил, аппаратов колонного типа, холодильников и т.д. – получила собирательное название промышленной теплоизоляции.

Отличительной особенностью промышленной теплоизоляции является широкий температурный диапазон изолируемых поверхностей – от – 180 до 600˚С – и высокий уровень теплового потока через них, который в 10-15 раз превышает уровень теплового потока через теплоизоляцию жилых, общественных и промышленных зданий.

По структуре теплоизоляционные материалы бывают:

• волокнистые,
• зернистые,
• ячеистые.

Волокнистые материалы изготавливают из минеральной и стеклянной ваты, волокон асбеста, штапеля и растительных волокон (камыш, костра, солома); зернистые — из перлита, вермикулита, совелита, известково-керамзита; ячеистые — из пеностекла, пенопласта и ячеистых бетонов.

Подавляющая часть (85-90%) промышленной теплоизоляции монтируется из волокнистых материалов (минераловатные и стекловолокнистые изделия). При этом более 55% изоляции работает на объектах с температурой теплоизоляции до 200˚С, около 25% - в температурном интервале 180-400 ˚С, 5% - в пределах 401-600˚С, и только 0,1% теплоизоляции монтируется из неорганических формованных изделий на объектах с температурой выше 600˚С, а 15% - при отрицательной температуре от – 14 до - 180˚С.

В общем объеме производства теплоизоляционных материалов для теплоизоляции изделия из минеральных и стеклянных волокон являются преобладающими (около 70%) во всех промышленно-развитых странах мира, несмотря на существенный рост производства и применения газонаполненных пластмасс. В частности, за последние 15 лет объем производства теплоизоляционных материалов для теплоизоляции на основе минеральных волокон вырос в 1,5 раза и в 1990 г. превысил 150 млн.куб.м. Первое место по производству материалов теплоизоляции из минеральных волокон занимают США, на долю которых в мировом объеме приходится около 35% (55 млн.куб.м), доля стран Западной Европы – примерно 30% общего объема теплоизоляции, или 46 млн.куб.м, в Японии – 7%, или 11 млн.куб.м, что связано с высокой огнестойкостью и температуростойкостью теплоизоляции из волокнистых материалов из минерального сырья, их экологической чистотой и достаточно низкой стоимостью по сравнению с теплоизоляцией из газонаполненных пластмасс.

В России производство изделий для теплоизоляции является доминирующим и в общем объеме составляет около 65%, при этом другие виды теплоизоляции составляют меньшую часть, где преобладают пенопласты – 17%.

Наряду с волокнистыми материалами для теплоизоляции использование в конструкциях строительной и промышленной теплоизоляции газонаполненных полимерных материалов занимает ведущее место в большинстве развитых стран мира. В последнее время в ряде стран Западной Европы (Англия, Франция, Германия, Австрия и др.) приняты законодательные акты, вводящие жесткие меры в отношении применяемых материалов по теплоизоляции в целях экономии энергии и теплоизоляции зданий.

Требуемый уровень сохранения тепла может быть обеспечен только с помощью высокоэффективных теплоизоляционных материалов теплоизоляции, в том числе пенопластов, из которых наибольшее развитие за рубежом получило производство и применение жестких пенополиуретанов и беспрессового экструзионного пенополистирола.

Общий объем применения в теплоизоляции жестких пенопластов в строительстве (без учета пенопластов, наносимых методом плавления и вспенивания в полости конструкции), например, в США в 1984 г. составил 238,1 тыс. т, в 1986 г. – 250,8 тыс. т и в 1990 г. – 303,9 тыс. т.

Благодаря уникальным свойствам производство жестких пенополиуретанов (ППУ) развивалось высокими темпами и уже в 70-х годах они стали занимать ведущее место в структуре мирового производства материалов газонаполненных пластмасс для теплоизоляции.

В 1987 г. мировое производство жестких ППУ достигло 1,236 млн. т.

В настоящее время потребление жестких ППУ для теплоизоляции достигло 1,36 млн. т, в том числе их потребление в строительных конструкциях составляет 38,6%.

Широкое применение за рубежом для использования в качестве теплоизоляции находят напыляемые пенополиуретаны, в особенности для тепловой изоляции металлических нефтехранилищ, кровель, трубопроводов и др. Получаемые напылением ППУ отличаются низкой теплопроводностью, минимальным водопоглощением, удовлетворительной адгезией к металлу и отсутствием коррозионного воздействия на строительные материалы. Теплоизоляция в виде напыляемого пенополиуретана в конструкции может служить, одновременно, теплоизоляцией и защитой металла от коррозии. При этом упрощается устройство стыков в ограждениях из трехслойных панелей. Из общего объема применения жестких пенополиуретанов в строительстве для теплоизоляции за рубежом около 20-30% используется для напыления.

Жесткие пенополиуретаны (ППУ) являются исходным сырьем для ППУ изоляции и одновременно одним из наиболее распространенных на Западе строительных материалов. Эти легкие, но достаточно прочные пенопласты обладают очень низкой теплопроводностью (0,027 - 0,034 Вт/м.К), малой паропроницаемостью, высокой показателем адгезии к различным материалам. Пенополиуретан находит широкое применение на строительных объектах и трубопроводных системах.

Пенополиуретан получают из жидких двусоставных компонентов, дозировка и смешение которых осуществляется специальными напылительными и заливочными машинами высокого и низкого давления.

Жесткие пенопласты изготавливают как на промышленных предприятиях, так и непосредственно на месте нанесения полиуретанового слоя на объекте применения. Реакции вспенивания и отвердения пенополиуретана протекают в течение нескольких минут (в зависимости от температуры окружающей среды и толщины наносимого ППУ).

В строительстве пенополиуретан шире всего применяют в качестве теплоизоляционных материалов и реже - конструкционных. Повышение качества теплоизоляции зданий при применении пенополиуретана обеспечивает существенное снижение средств за счет экономии топлива.

Пенополиуретан позволяет решать проблему ликвидации влаги, конденсируемой на стенках непроветриваемых помещений. Эти панели можно использовать также для внутренней тепло- и звукоизоляционной обшивки стен, не имеющих воздушной прослойки (внутренняя поверхность может быть оклеена картоном, шпоном, бумагой, стеклотканью), а также для утепления гаражей, складских помещений, теплиц, коровников, свинарников и пр.

Хорошо известно, что максимальная утечка тепла из зданий происходит через стены и крыши. Именно эти элементы целесообразнее всего покрывать пенополиуретаном. Жесткий пенополиуретан чрезвычайно эффективен в качестве материала для утепления крыш. Применяемые для этого панели должны выдерживать вес человека. Обычно панели из пенополиуретана накладывают на плоские бетонные или стальные настилы крыш, покрытые асфальтом или битумом. Применение для теплоизоляции крыш пенополиуретана толщиной 25-60 мм позволяет экономить не менее 40 % энергии, затрачиваемой на отопление. Кровли старых и вновь сооружаемых зданий можно изолировать также напылением вспенивающейся пенополиуретановой композиции. Напыление жесткого пенополиуретана производится непосредственно на месте применения, слой пены схватывается практически мгновенно. При этом вся поверхность крыш оказывается закрытой сплошным водонепроницаемым пенополиуретановым слоем. Этот метод широко используется в США и Канаде. Поскольку пенополиуретаны обладают недостаточной светостойкостью, пенопластовые кровельные покрытия предохраняют от воздействия УФ-излучения и возможного возгорания. Для этого пенополиуретан сверху полностью закрывают гибкой пленкой, листовым металлом, бетоном или, в крайнем случае, наносят лакокрасочное покрытие.

В Голландии крыши новых зданий утепляют жестким пенополиуретаном, покрывая его снаружи рубероидом, а панели и фанеры широко применяют для изготовления полов в фургонах и трейлерах.

В Великобритании с помощью пенополиуретана решили важную проблему ремонта старых зданий, производя заливку жидкой вспенивающейся композиции в пространство между кирпичными стенками; пенополиуретан плотно соединяет два слоя кладки и дополнительно обеспечивает теплоизоляцию зданий. Применение пенополиуретана значительно сокращает время и снижает стоимость ремонта обветшалых зданий. Этот метод пенополиуретановой изоляции также используется для упрочнения и герметизации стен многоквартирных жилых и общественных зданий. В ряде случаев полости пустотелых стен заполняют измельченными отходами пенопластов вместо того, чтобы заливать туда жидкую композицию.

Пенополистирол (ППС) занимает одно из ведущих мест среди газонаполненных пластмасс, используемых в строительстве в качестве материала теплоизоляции. За рубежом он успешно конкурирует с другими теплоизоляционными материалами, уступая по объемам производства лишь пенополиуретанам.

Промышленное значение имеют два вида пенополистирола: прессовый и экструзионный. Если в Западной Европе преимущественное развитие получило производство беспрессового пенополистирола, то в США, начиная с 40-х годов усилиями фирмы «Дау Кемикл» получило развитие экструзионного пенополистирола. В последние годы выпуск теплоизоляции в виде плит из пенополистирола освоен также фирмами «БАСФ» и «Бесдорф» (Германия), «ЗМП» (Италия).

Пенополистирольные плиты, изготовленные по экструзионной технологии для теплоизоляции, обладают однородной мелкоячеистой структурой и, как следствие этого, высокими физико-механическими и эксплуатационными показателями, что расширяет область их применения в строительстве. В первую очередь экструзионный пенополистирол может быть использован как теплоизоляция в конструкциях трехслойных железобетонных панелей и кровельных покрытий, а также в практике дорожного и аэродромного строительства.