ТЕПЛОВАЯ ИЗОЛЯЦИЯ

Для уменьшения потерь теплоты многие сооружения, агрегаты, коммуникации приходится теплоизолировать, покрывая их стенки слоем материала с малой теплопроводностью [λ<<0,2 Вт/(м^.К)]. Такие материалы называются теплоизоляторами.Большинство теплоизоляторов состоит из волокнистой, порошковой или пористой основы, заполненной воздухом. Термическое сопротивление теплоизолятора создает воздух, а основа лишь пре­пятствует возникновению естественной конвекции воздуха и переносу теплоты излучением. Сама основа в плотном состоянии обычно обладает достаточно высокой теплопроводностью [λ ≈ 1 Вт/(м^.К)], поэтому с увеличением плотности набивки минеральной ваты, асбеста или другого теплоизолятора их теплопроводность возрастает. С увеличением температуры коэффициент теплопроводности теплоизоляции также растет из-за увеличения теплопроводности воздуха и усиления теплопереноса излучением. Очень сильно растет теплопровод­ность при увлажнении пористых теплои­золяторов. Поры заполняются водой, теплопроводность которой на порядок выше, чем воздуха, и, кроме того, за счет капиллярных явлений вода может перемещаться внутри пор, усиливая, таким образом, перенос теплоты. Вероятно, каждый на собственном опыте убеждает­ся, насколько хуже влажная одежда за­щищает человека от холода.

Добавляя связующие вещества, из волокнистых и порошковых материалов получают теплоизоляционные плиты, блоки, кирпичи. В последнее время ши­рокое распространение получили искус­ственно вспученные материалы из за­стывшей пены {пенопласты, вермикулит, пенобетоны и т.д.), обладающие хоро­шими теплоизоляционными свойствами из-за их большой пористости.

Еще лучшими свойствами обладают вакуумно-многослойные и вакуумно-порошковые теплоизоляционные материалы. Перенос теплоты теплопроводностью через поры в таких теплоизоляторах уменьшается путем создания глубокого вакуума, а для уменьшения переноса теплоты излучением служит либо порошок, либо ряд слоев фольги с малой степенью черноты, выполняющих роль экранов. Вакуумно-многослойная теплоизоляция сосудов для хранения сжижен­ных газов имеет эффективный коэффициенттеплопроводности λ_эфф ≈ 10^-4 Вт/(м^.К).

Расчет теплоизоляции проводят по формуле теплопередачи, причем допустимые теплопотери обычно извест­ны, а в результате расчета находят тол­щину слоя теплоизоляции δ, которая вхо­дит в выражение R_λ. Иногда в условии задается температура наружной стенки t_c2 , например, в зоне работы обслужива­ющего персонала она не должна превы­шать 50 °С. В этом случае допустимые теплопотери с 1 м² поверхности теплоизо­лируемого объекта определяют по фор­муле:

q = α₂(t_с2 —t_ж2),

где t_ж2 — температура воздуха в помещении.

Вид теплоизолятора выбирают по температуре и физико-химическим свой­ствам теплоносителей. Каждый теплоизолятор имеет вполне определенную пре­дельную температуру t_пр, при которой он еще сохраняет свои свойства.

Высокотемпературную теплоизоля­цию различных печей делают многослой­ной, поскольку теплоизоляторы с высо­кой предельной температурой обычно дороги и имеют большую теплопровод­ность. Толщина внутреннего слоя теплоизолятора делается такой, чтобы темпе­ратура на его наружной поверхности не превышала предельную температуру сле­дующего более дешевого и менее тепло­проводного материала. Затем считают толщину следующего слоя, т. е. расчет проводят последовательно, начиная от внутреннего, самого жаростойкого теп­лоизолятора.

Теплофизические свойства теплоно­сителей и теплоизоляторов зависят от температур, большинство из которых в начале расчета неизвестны, поэтому ими приходится задаваться и расчет про­водить методом последовательных при­ближений.