1. Какие материалы называются теплоизоляционными и каково их назначение? Что обеспечивает применение тм в строительных конструкциях?

Теплоизоляционными называют материалы, имеющие теплопроводность не более 0,175 Вт/(м•К) при 25°С и предназначенные для снижения тепловых потоков в зданиях, технологическом оборудовании, трубопроводах, тепловых и холодильных промышленных установках. Применение таких материалов в конструкциях позволяет весьма существенно экономить тепловую энергию, дефицитность и стоимость которой постоянно растут. Следует отметить, что проблемы энергосбережения и охраны окружающей среды приобрели в настоящее время первостепенное значение и требуют незамедлительного решения. В России более 40 % общего объема вырабатываемой тепловой энергии тратится на отопление жилых и промышленных зданий.

В строительстве тепловая изоляция позволяет уменьшить толщину ограждающих конструкций (стен, кровли), снизить расход основных материалов (кирпича, бетона, древесины), существенно облегчить конструкции и снизить их стоимость, уменьшить расход топлива и потери тепла в эксплуатационный период. Подсчитано, что 1 м3 эффективных теплоизоляционных материалов экономит 1,4–1,6 т условного топлива в год. Кроме того, теплоизоляция приводит к уменьшению содержания углекислого газа в атмосфере и снижению так называемого «парникового эффекта».

2. По каким признакам и каким образом классифицируются тМиИ?

Теплоизоляционные материалы и изделия классифицируют:

– по виду основного исходного сырья (неорганические и органические);

– структуре (волокнистые, ячеистые, зернистые, сыпучие);

– форме и внешнему виду – штучные (плиты, блоки, кирпич), рыхлые (вата, вспученный перлит), плоские (плиты, маты, войлок), фасонные (цилиндры, полуцилиндры, сегменты и др.) и шнуровые (шнуры, жгуты);

– сжимаемости – мягкие (М), имеющие относительную деформацию более 30 % при удельной нагрузке 2 кПа; полужесткие (ПЖ) – соответственно 6–30 %; жесткие (Ж) – не более 6 %. Кроме того, различают изделия повышенной жесткости, имеющие относительную деформацию до 10 % при удельной нагрузке 4 кПа, и твердые – до 10 % при удельной нагрузке 10 кПа;

– возгораемости (горючести) – несгораемые, трудносгораемые и сгораемые.

3. Что называется теплообменом (теплопереносом)? Что является необходимым условием теплопередачи и в каком направлении она происходит?

Передачу внутренней энергии (теплоты) от тепловой поверхности конструкции (например, стены) в пространство (окружающую среду) называют теплообменом или теплопереносом. Передача теплоты вследствие теплопроводности происходит самопроизвольно от одной изотермической поверхности к другой в сторону, где температура ниже. Таким образом, необходимым условием теплопередачи является наличие перепада температур (температурный градиент). При этом передача теплоты происходит по нормали к изотермической поверхности.

4. Каковы составные части теплового потока? Какая структура является идеальной для тм?

Тепловой поток через пористые строительные материалы представляет собой сумму кондукционного (теплопередача) λт, конвекционного λк и радиационного (излучение) λр потоков. Чем мельче поры (возду-шные прослойки) и чем их больше, тем меньше теплопроводность изделия (рис. 19). Стремление к зам-кнутой пористости отличает структуру теплоизоляционных материалов от структуры звукопоглощающих, которые должны иметь определенное количество открытых пор. Это принципиальное отличие необходимо иметь в виду, так как часто для производства теплоизоляционных и звукопоглощающих изделий используются одни и те же исходные материалы. Минимальную теплопроводность имеет сухой воздух, заключенный в мелких замкнутых порах, в которых практически невозможен конвективный теплообмен (0,023 Вт/(м•К). Теплопроводность скелета материала с аморфной структурой существенно ниже, чем с кристаллической. Таким образом, структура теплоизоляционных материалов и изделий должна иметь скелет аморфного строения, предельно насыщенный мелкими замкнутыми порами или тонкими воздушными слоями.

Для теплопроводности имеет огромное значение влажность материала, так как теплопроводность воды составляет 0,58 Вт/(м∙К), что в 25 раз выше, чем теплопроводность сухого воздуха, содержащегося в мелких замкнутых порах материала. В случае замерзания воды в порах теплопроводность льда составит 2,32 Вт/(м∙К), что на два порядка выше значения теплопроводности сухого воздуха и в 4 раза больше теплопроводности воды [19].