РАЗДЕЛ № 8. ИЗОЛЯЦИОННЫЕ И ЛАКОКРАСОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Специальность
1А
Лекция №13.
Тема № 23. Теплоизоляционные и акустические материалы .
Время: 2 ч.
Вопросы:
1.Общие сведения о теплоизоляционных материалах и их классификация.
2.Основные виды, свойства, технические требования к качеству теплоизоляционных материалов.
3.Понятие об акустических материалах.
Литература: 1. Учебник с. 201… 221 .
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛАХ (ТИМ)
ТИМ - имеют малую теплопроводность и используются для тепловой изоляции строительных конструкций зданий и сооружений, технологической аппаратуры, тепловых и холодильных установок и различных трубопроводов.
ТИМ – позволяют:
•уменьшить потребность в основных материалах,
•снизить массу наружных ограждающих конструкций,
•сократить расход топлива на отопление зданий.
ТИМ должны:
•обладать стабильными теплофизическими, физико- механическими свойствами;
•не выделять токсичных веществ и пыли в количествах, превышающих предельно допустимые концентрации.
Основные свойства ТИМ - теплопроводность и предельная температура применения, средняя плотность, прочность, деформативность.
07/10/19 |
2 |
Теплопроводность
Коэффициент теплопроводности ТИМ не более 0,175 Вт/(м К)
при 25°С (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 1 К).
Факторы, влияющие на теплопроводность материалов:
•пористость (или средняя плотность);
•характер пор, их размеры и распределение;
•химический состав;
•влажность;
•температура;
•давление.
Идея получения эффективного ТИМ - предельное насыщение порами, т.к. из всех веществ, широко распространенных и доступных на Земле, наименьшей теплопроводностью обладает воздух, помещенный в поры.
07/10/19 |
3 |
Теплопроводность замкнутого пространства в ТИМ является суммарной величиной, складывающейся из теплопроводности воздушного вещества air , теплопередачи за счет его
перемешивания (конвекции) соп и тепловой энергии излучения поверхностей слоя (тепловой радиации) rаd
λtot λair λcon λrad
Теплопроводность материала - линейная функция температуропроводности a м2/с, теплоемкости c Дж/(кг К), и средней плотности m, кг/м3
λ acρm
07/10/19 |
4 |
Менее теплопроводны материалы с мелкопористой структурой и равномерным распределением замкнутых пор. С увеличением размеров пор теплопроводность возрастает т.к. существенное значение приобретает конвекция (см. рис.).
Вмелких порах теплопроводность воздуха - air = 0,023 Вт/(м K).
Вкрупных порах теплопроводность воздуха за счёт конвекции возрастает до air = 0,053 Bт/(м K).
Интенсивность теплового излучения описывается уравнением Стефана - Больцмана
q kradT 4
где: krad - коэффициент излучения, Вт/(м2 К4); Т - температура
тела, К.
Пример:
Для улучшения теплозащиты труб наружных теплосетей - необходимо снизить коэффициент излучения обернув их поверх теплоизоляции блестящей фольгой (фольгоизолом).
Вт,,/(м·оС) |
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Теплопроводность, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
d |
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,023 |
|
|
4 |
0,01 |
0,05 |
0,1 |
0,2 |
Толщина воздушного слоя d, |
|
||
м
Зависимость теплопроводности от толщины воздушных прослоек: 1 - коэффициент теплопроводности; 2 - излучения; 3 - конвекции: 4 - вещества самого материала
Влажность резко увеличивает теплопроводность материала.
Вода имеет коэффициент теплопроводности в 20 paз больше, чем воздух.
Коэффициент теплопроводности льда почти в 4 раза превышает коэффициент теплопроводности воды и в 80 раз - воздуха.
Поэтому ТИМ необходимо предохранять от увлажнения на всех этапах технологического процесса теплоизоляции и при их транспортировке и хранении.
Предельная температура применения ТИМ должна учитываться в случае изоляции нагретых поверхностей (при длительном нагревании в материале возможны деструктивные явления).
07/10/19 |
7 |
Предельные температуры применения ТИМ
Материал
Минеральная вата Минераловатные изделия на битумной связке То же на синтетической связке Перлит Бетоны ячеистые Совелит Торфоплиты
Пенопласт на основе резольных фенолоформальдегидных смол Пеностекло
Предельная
температура
применения,
°С
600
70
400
875
400
500
100
130
400
Прочность ТИМ - незначительна и зависит от относительной пористости
R R0 1 n m
где: R0 - прочность матрицы материала; п - относительная
пористость материала; т - коэффициент, учитывающий химический состав материала.
С увеличением пористости прочность материала уменьшается, но улучшаются его теплозащитные свойства: инженеру необходимо уметь правильно выбирать нужный ТИМ, сообразуясь с его прочностью и теплопроводностью.
В среднем прочность ТИМ на сжатие находится в пределах 0,1...1,5 МПа, у наиболее прочных может достигать 5...10 МПа (пеностекло, шлакопеноситаллы и др.).
07/10/19 |
9 |
Деформативные свойства ТИМ характеризуют их
относительной сжимаемостью . Определяют при
стандартных испытаниях образцов и вычисляют по формуле
ε h / h0
где: h0 – толщина образца при начальном давлении 500 Па;
h – уменьшение толщины образца при стандартной удельной
нагрузке.
07/10/19 |
10 |