5.2 Требования к изотермическим вагонам и теплоизоляционным материалам

К изотермическим вагонам предъявляют общие требования:

– возможность поддержания в грузовом помещении в любое время года оптимальной для перевозимого груза постоянной по объёму грузового помещения вагона температуры воздуха с равномерностью в пределах 1,5 °С от заданной;

– высокие теплофизические характеристики ограждающих конструкций;

– обеспечение необходимой циркуляции и вентиляции воздуха в грузовом помещении рефрижераторных вагонов;

– исключение инфильтрации воздуха через неплотности ограждений;

– возможность полной автоматизации работы оборудования и контроля температур в рефрижераторных вагонах;

– надёжность оборудования и простота его обслуживания;

– возможность движения в составе пассажирских поездов со скоростью до 120 км/ч;

– эффективное использование в процессе эксплуатации.

Проектируемые рефрижераторные вагоны должны обеспечивать:

– скорость следования до 140 км/ч;

– температуру воздуха в грузовом помещении от минус 20 до 14 °С при температуре наружного воздуха от 36 до минус 45 °С;

– охлаждение плодов и овощей в процессе перевозки от 30 до 4 °С не более чем за 60 ч;

– воздухообмен через неплотности ограждений не более 0,3 объёма грузового помещения за 1 ч.

Жёсткие требования предъявляются и к теплоизоляционным материалам ограждающих конструкций изотермических вагонов. Высококачественные теплоизоляционные материалы должны обладать:

– низкой теплопроводностью ( < 0,05 Вт/(мК));

– малой плотностью ( < 250 кг/м³);

– слабой гигроскопичностью (при поглощении влаги возрастает теплопроводность) и паропроницаемостью;

– морозо- и огнестойкостью;

– устойчивостью против загнивания и распада;

– отсутствием запахов;

– дешевизной и др.

Одним из лучших теплоизоляторов является воздух, он отвечает всем перечисленным требованиям ( = 0,023 Вт/(мК),  = 1,29 кг/м³). Прослойка неподвижного воздуха встречается во многих конструкциях, например, при двойном остеклении окон вагонов. Теплоизоляционные материалы стремятся делать пористыми, что понижает их плотность и теплопроводность.

По строению теплоизоляционные материалы делятся на жёсткие (плиты, щиты), гибкие (маты, листы, шнуры, жгуты), рыхлые (шарики, зёрна), волокнистые (вата), порошковые.

Теплоизоляционные материалы имеют, в основном, неорганическое происхождение:

– пенобетон ( = 0,082 Вт/(мК),  = 280 кг/м³) – застывшая смесь цементного молока и мыльной пены;

– минеральная вата ( = 0,056 Вт/(мК),  = 150 кг/м³) – волокнистый материал, получаемый из силикатных расплавов;

– стекловолокно ( = 0,05 Вт/(мК),  = 100 кг/м³) – получают из того же материала, сто и стекло;

– пенополистирол ( = 0,05 Вт/(мК),  = 25 кг/м³) – продукт спекания гранул бисерного полистирола;

– пенополивинилхлорид ( = 0,035 Вт/(мК),  = 70 кг/м³);

– пенополиуретан ( = 0,025 Вт/(мК),  = 20 кг/м³), и др.

Из органических теплоизоляционных материалов на хладотранспорте широко применяется мипора ( = 0,05 Вт/(мК),  = 15 кг/м³) – отвердевшая вспененная масса мочевиноформальдегидной смолы.

Теплоизоляционные ограждения изотермических вагонов обычно выполняют слоистыми. Важной их характеристикой является коэффициент теплопередачи k. Его значение тем больше, чем интенсивнее теплота проникает через ограждение и отводится от внутренних и наружных поверхностей. Характерное для рефрижераторных вагонов и термосов значение k = 0,27…0,35 Вт/(м²К). Для известных конструктивных параметров и режимных условий оно определяется по законам теплопереноса. Если же при проектировании нового вагона задаться желаемым значением k, то можно найти соответствующую толщину тепловой изоляции _из из соотношения для суммы термических сопротивлений на пути потока теплоты:

.

Характерные значения коэффициентов теплоотдачи к поверхностям ограждения вагона (наружной и внутренней): _н = 30, _в = 10 Вт/(м²К).

Толщина теплоизоляции определяется в результате технико-экономических оптимизационных расчётов. Её увеличение сокращает тепловые потери и снижает потребность в производстве холода, но при этом уменьшается полезный объём грузового помещения.

Соглашением «О международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и о специальных транспортных средствах, предназначенных для этих перевозок (СПС)» изотермические транспортные средства по коэффициенту теплопередачи ограждающих конструкций делятся на две категории:

– обычные с коэффициентом теплопередачи, не превышающем 0,7 Вт/(м²К);

– с усиленной теплоизоляцией – с коэффициентом теплопередачи, не превышающим 0,4  Вт/(м²К).