Теплоизоляционные и акустические материалы

1. Общие сведения о теплоизоляционных материалах

Теплоизоляционными называются материалы, имеющие малую теплопроводность и используемые для тепловой изоляции строительных конструкций зданий и сооружений, технологической аппаратуры, тепловых и холодильных установок и различных трубопроводов. Под тепловой изоляцией понимают мероприятия, позволяющие уменьшить потерю тепла во внешнюю среду зданиями и сооружениями, тепловыми установками и трубопроводами или защитить их от нагрева (холодильные камеры и агрегаты).

Использование 1 т теплоизоляционных материалов для защиты трубопроводов и других промышленных объектов позволяет экономить до 200 т условного топлива в год.

К основным теплофизическим свойствам относятся теплопроводность, к физико-механическим – средняя плотность, прочность и деформативность.

Теплопроводность является важнейшим свойством теплоизоляционных материалов. Коэффициент теплопроводности этих материалов должен быть не более 0,175 Вт/(м·К) при 25⁰С. Он численно равен количеству тепла (в условиях стационарного потока), проходящего в течение 1 ч через преграду площадью 1 м² и толщиной 1 м при разности температур на ее поверхностях в 1К. Коэффициент теплопроводности материалов указывается в стандартах при температурах: 25⁰С при применении их до 200⁰С; 125⁰С – до 500⁰С и 300⁰С – свыше 500⁰С.

На теплопроводность материалов оказывает влияние целый ряд факторов: пористость (или средняя плотность), характер пор, их размеры и распределение, химический состав, влажность, температура, давление.

Теплопроводность материала связана с его плотностью следующей зависимостью:

,

где - температуропроводность, м²/с;

- теплоемкость, Дж/кг·К;

- средняя плотность, кг/м³.

С увеличением средней плотности (уменьшением пористости) теплопроводность материалов растет. На практике удобнее судить о теплопроводности материала по его средней плотности, которая для теплоизоляционных материалов должна быть не более 500 кг/м³.

С увеличением пористости теплопроводность материала снижается. Менее теплопроводными являются материалы с мелкопористой структурой при равномерном распределении замкнутых пор. Это объясняется тем, что с увеличением размеров пор, а особенно с образованием сквозных каналов, существенное значение приобретает передача тепла внутри пустот от стенки к стенке путем конвекции.

Абсолютное большинство строительных материалов имеет капиллярно-пористую структуру, заполненную в основном воздухом, теплопроводность которого зависит от диаметра пор.

Так, в мелких порах теплопроводность воздуха имеет самое маленькое значение λ = 0,023 Вт/м·К. В крупных порах теплопроводность его из-за влияния конвекции возрастает до λ = 0,053 Вт/м·К.

2. Классификация теплоизоляционных материалов

По виду основного исходного сырья – органические и неорганические;

по структуре – волокнистые, ячеистые и зернистые;

по форме – рыхлые, плоские, фасонные и шнуровые;

по горючести – несгораемые, трудносгораемые и сгораемые (группа горючести, к которой относятся отдельные виды материалов и изделий, указывается в соответствующих ГОСТ);

по теплопроводности – низкой теплопроводности (класс А – коэффициент теплопроводности при температуре 25⁰С до 0,06 Вт/(м·К)), средней теплопроводности (класс Б – свыше 0,06 до 0,115) и повышенной теплопроводности (класс В – свыше 0,115 до 0,175);

по средней плотности – особо низкой (марки по средней плотности, кг/м³, 15, 25, 35, 50, 75), низкой (100, 125, 150, 175), средней (200, 225, 250, 300, 350) и плотные (400, 450, 500);

по жесткости – мягкие (величина относительного сжатия в процентах под удельной нагрузкой 0,002 МПа – свыше 30), полужесткие (от 6 до 30), жесткие (до 6), повышенной жесткости (величина относительного сжатия под удельной нагрузкой 0,04 МПа – до 10), твердые (величина относительного сжатия под удельной нагрузкой 0,1 МПа – до 10).

Неорганические теплоизоляционные материалы имеют преимущества перед органическими. Они негорючи, обладают более высокой температурой использования, водо- и биостойки, поэтому находят наиболее широкое применение.