Назначение, предъявляемые требования и классификация теплоизоляционных материалов.

 

Принимаем tН > tПМ. Для простоты рассуждений считаем, что процесс стационарный. Рассматриваем однородное ограждение. q – плотность теплового потока, направлен от точки с большей температурой к точке с меньшей. q = k (tН - tПМ), Вт/м2 k = 1/R, R – термическое сопротивление, м2К/Вт , αН – коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к наружной поверхности ограждения, равен 23,3 Вт/м2К, δ – толщина, м; λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/мК; αПМ – коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к воздуху помещения, батареи αПМ ≈ 7 Вт/мК.

k→ 0, если δ → ∞. На практике прекратить поток тепла нельзя. Уменьшить поток теплоты можно, если в конструкцию ограждения дополнительно ввести слой из материала, обладающего малым значением λ. В строительстве холодильников в качестве теплоизоляционных материалов могут быть использованы материалы с λ_20ºС < 0,1 Вт/мК.

Введение теплоизоляционного слоя позволяет значительно уменьшить внешние теплопритоки, благодаря чему:

1.Уменьшаютя капитальные и эксплуатационные затраты на х/оборудование. 2.Уменьшается усушка продукта.

3.Может быть обеспечена требуемая разность температур между температурой внутренней поверхности ограждения и температурой воздуха в камере.

, напр. для картофеля не > 2ºС. q = k(tН – tПМ). Для участка от стенки до внутреннего воздуха: , от стенки к наружному воздуху , q=const, следовательно, можно найти . Вводя теплоизоляцию, мы можем обеспечить . Есть сведения, что стоимость теплоизоляционных материалов составляет 25-40% от стоимости всего строительства, поэтому необходимо правильно выбрать тип материала и толщину ограждения.

Требования, предъявляемые теплоизоляционным материалам (ТИМ):

1.ТИМ должны обладать низким коэффициентом теплопроводности. ТИМ, как правило, представляют собой капиллярно-пористые тела, они состоят из каркаса твердого вещества, образующего оболочку пор и воздуха или другого газа, заполняющего объем пор. В применении к таким материалам коэффициент теплопроводности носит условный характер. Теплота будет передаваться всеми способами: теплопроводностью по материалу каркаса, конвекцией за счет газа, заполняющего поры и излучением между поверхностями пор. Характеристикой массы ТИМ является не плотность, а объемная масса, представляющая собой массу единицы объема системы ρ_ν , кг/м³. Такие материалы характеризуются пористостью: П = (ρ - ρ_ν)/ρ, где ρ – плотность вещества, составляющего каркас. П=(50-99)%. Пористость должна иметь оптимальную величину.

2.ТИМ должны иметь малую гигроскопичность и малое водопоглощение. Гигроскопичность – свойство материала поглощать водяной пар. Водопоглощение – свойство материала поглощать капельную жидкость

Увлажнение материалов приводит к 1) ухудшению теплозащитных свойств (λ воды в 25, а λ льда в 100 раз больше, чем сухого неподвижного воздуха), 2) содержащий влагу материал подвержен гниению.

Различают массовую и объемную влажность. Массовая x = g_В / g_М.С, ξ = g_В / g_М.В, где g_В – масса влаги, содержащейся в материале, кг, г, g_М.С – масса сухого материала, g_М.В – масса влажного материала: g_В = g_М.В – g_М.С. Объемная влажность ω = V_В / V_Н = x ρ_ν / 1000.

Увлажненный материал изменяет свои теплозащитные свойства. Коэффициент теплопроводности такого материала λ = λ_М.С + ∆λω, Вт/мК, где λ_М.С – коэффициент теплопроводности сухого материала, ω – объемная влажность материала, %, ∆λ – приращение коэффициента теплопроводности на каждый процент увеличения объемной влажности.

3.Материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими (сохранять структуру и свойства при изменении температур). Морозостойкий – эластичный материал, т.к. замерзание воды в порах не должно вызывать разрушений.

4.ТИМ не должны быть горючими и самовозгараемыми (ПСБ-С - самозатухающий).

5. ТИМ должны быть химически инертными по отношению к там материалам, с которыми они будут в контакте.

6.ТИМ не должны иметь запах и не должны воспринимать запах.

7.ТИМ должны иметь возможность противостоять грызунам и не привлекать их.

8.ТИМ должны обладать достаточной механической прочностью.

9.Тим должны быть удобными для транспортировки, монтажа и ремонта.

10.ТИМ должны быть безвредными для здоровья людей и окружающей среды как при монтаже, так и при эксплуатации.

11.ТИМ должны быть дешевыми и иметь длительный срок службы.

Выбор вида теплоизоляционного материала должен осуществляться на основании технико-экономического расчета.

Классификация ТИМ.

Ι По происхождению могут быть неорганические (стекловолокно, минеральная вата) и органические (торфоплиты, пробка, плиты из костры, пенопласты, пенополистеролы).

ΙΙ По виду сырья: естественного (торф, пробка) и искусственного происхождения (полистироидные плиты).

ΙΙΙ По внешнему виду и способу крепления к изолирующей поверхности: 1. Штучные жесткие материалы. Имеют определенный размер и форму, которые не изменяются при монтаже. Для плоских: плита, блок, кирпич. Для криволинейных: сегменты, бруски, скорлупы. 2. Штучные гибкие изделия с определенными размерами, форма может изменяться при монтаже при необходимости. Изготавливаются в виде полотнищ, матов, листов, рулонов. 3. Сыпучие материалы. Подразделяются по строению: зернистого, парашкообразного и волокнистого типа.

4. Материалы напыляемые и заливаемые вспенивающиеся (пенаполеуретаны)