Свойства теплоизоляционных материалов

Изоляция ограждений холодильных сооружений работает в тяжелых условиях прежде всего из-за непрерывных изменений температуры и влажности наружного воздуха, переменного воздействия солнечной радиации, ветра и атмосферных осадков. Потоки теплоты и влаги не только изменяются по значению, но иногда (при относительно высоких температурах в помещениях) и по направлению. Особенностью условий эксплуатации холодильной изоляции является возможность конденсации водяного пара на поверхности ограждения или внутри изоляции, а в некоторых случаях и замерзания выпавшей влаги. В этих условиях необходимо, чтобы теплоизоляционные материалы не только имели хорошие первоначальные свойства, но и по возможности сохраняли их в процессе эксплуатации. По этой причине теплоизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами, позволяющими изолированным ограждениям успешно выполнять свои функции в течение длительного срока.

1. Основное свойство, которым должен обладать теплоизоляционный материал, — это низкая способность проводить теплоту, характеризуемая соответственно малым значением теплопроводности l. В определенной степени указанное свойство предполага­ет малую объемную массу материала r . Связь между двумя величинами объясняется тем, что характерной особенностью структуры теплоизоляционных материалов является высокая пористость. Можно сказать, что каждый теплоизоляционый материал состоит из каркаса твердого вещества, образующего оболочку пор (ячеек, капилляров), и воздуха (или другого газа), заполняющего объем пор. В связи с такой неоднородностью структуры теплоизоляционнных материалов, их характеристикой является не плотность, а объемная масса, представляющая собой массу единицы объема.

Коэффициент теплопроводности изоляционных материалов, имеющих пористую структуру, определяется соотношением между количеством газа внутри пор, имеющего низкий коэффициент теплопроводности, и количеством вещества в твердой структуре материала. Нормативными документами рекомендуется применять в качестве изоляции материалы, имеющие l£0,06 Вт/(м×К) и r£200 кг/м³.

2. Теплоизоляционные материалы должны обладать малой гигроскопичностью и малым водопоглощением. Гигроскопичностью называется свойство материалов поглощать (сорбировать) водяной пар, а водопоглощением — поглощать капельно-жид-кую воду. Этими свойствами различные материалы обладают в разной степени, но в результате их проявления влажность материалов возрастает.

Поглощение влаги материалом ведет, прежде всего, к увеличению теплопроводности материала. Объясняется это тем, что вода может занимать в материале часть объема ячеек и пор, вытесняя из них газ. Так как теплопроводность воды l = 0,58 Вт/(м×К) примерно в 25 раз больше теплопроводности неподвижного воздуха, то наличие воды в материале вызывает существенное повышениетеплопроводности теплоизоляционного материала. При низких температурах вода в порах материала может замерзнуть, что приведет к еще большему возрастанию теплопроводности материала, так как теплопроводность льда = 2,2 Вт/(м×К) почти 100 раз больше теплопроводности неподвижного воздуха.

Зависимость теплопроводности материала от объемной влажности может быть выражена эмпирической формулой

— теплопроводность материала в воздушно-сухом состоянии; — приращение теплопроводности на каждый процент величения объемной влажности; w — объемная влажность, %.

Приращение . для органических материалов при положительных температурах принимают равным 3,5×10^-3, а при отрицательных температурах — 4×10^-3 Вт/(м×К); для неорганических материалов — соответственно 2,3×10^-3и 3,5×10^-3 Вт/(м×К). Содержащий влагу изоляционный материал может подвергаться гниению, в нем могут образовываться грибки и плесени, что приводит разрушению материала и сокращению срока его службы.

3. Теплоизоляционные материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими. Это значит, что материалы не должны становиться хрупкими при низких температурах и, кроме того, должны сохранять прочность и эластичность каркаса, подвергаясь многократному замораживанию и оттаиванию в увлажненном состоянии, т. е. при наличии воды в порах. Увеличение объема воды при ее замерзании в порах материала не должно вызывать образование трещин в материале или его разрушения.

4. Теплоизоляционные материалы должны быть негорючими или обладать возможно меньшей горючестью.

5. Теплоизоляционные материалы должны быть химически инертными по отношению к материалам, с которыми они могут контактировать в изоляционной конструкции, например, не вызывать коррозию стальных стенок аппарата, на наружную поверхность которого наложен теплоизоляционный слой данного материала.

Теплоизоляционные материалы не должны иметь запаха и воспринимать его. Это свойство существенно для пищевых предприятий, поскольку многие скоропортящиеся пищевые продукты легко воспринимают различные запахи, что ухудшает их качество. Некоторые продукты (например, рыба) сами обладают запахом, который может быть воспринят теплоизоляционным материалом и передан другим продуктам, которые впоследствии будут храниться в этом помещении.

7. Теплоизоляционные материалы должны быть защищены от грызунов и не привлекать их. Грызуны не только портят изоляцию и хранящиеся продукты, но и способствуют распространению заразных заболеваний.

8. Теплоизоляционные материалы должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать воздействия, неизбежные при транспортировке, укладке и эксплуатации (нагрузка от продуктов, загрузочно-разгрузочных средств, удары, виб­рация).

9. Теплоизоляционные материалы должны легко обрабатываться (резаться, пилиться и т. д.) обычными режущими инструментами.

10. Теплоизоляционные материалы должны обладать приемлемыми экономическими показателями. При прочих удовлетворительных свойствах высокая стоимость материала или его малые ресурсы ограничивают возможность применения такого материала.

Материалов, обладающих всеми перечисленными свойствами, пока не существует. Как правило, теплоизоляционные материалы выбирают не только с учетом их положительных и отрицательных качеств, но и с учетом реальной возможности получения материала на месте строительства, а также значимости и назначения объекта.

Правильно выбирать материалы для тепловой изоляции помогает классификация их по отдельным характерным признакам.