Изоляция ограждений холодильных сооружений работает в тяжелых условиях, прежде всего из-за непрерывных изменений температуры и влажности наружного воздуха, переменного воздействия солнечной радиации, ветра и атмосферных осадков. Потоки теплоты и влаги не только изменяются по значению, но иногда (при относительно высоких температурах в помещениях) и по направлению. Особенностью условий эксплуатации холодильной изоляции является возможность конденсации водяного пара на поверхности ограждения или внутри изоляции, а в некоторых случаях и замерзания выпавшей влаги. В этих условиях необходимо, чтобы теплоизоляционные материалы не только имели хорошие первоначальные свойства, но и по возможности сохраняли их в процессе эксплуатации. По этой причине теплоизоляционные материалы должны обладать определенными свойствами, позволяющими изолированным ограждениям успешно выполнять свои функции в течение длительного срока.
1. Основное свойство, которым должен обладать теплоизоляционный материал, - это низкая способность проводить теплоту, характеризуемая соответственно малым значением теплопроводности λ. В определенной степени указанное свойство предполагает малую объемную массу материала ρм . Связь между двумя величинами объясняется тем, что характерной особенностью структуры теплоизоляционных материалов является высокая пористость. Можно сказать, что каждый теплоизоляционный материал состоит из каркаса твердого вещества, образующего оболочку пор (ячеек, капилляров), и воздуха (или другого газа), заполняющего объем пор. В связи с такой неоднородностью структуры теплоизоляционных материалов, их характеристикой является не плотность, а объемная масса, представляющая собой массу единицы объема.
Если обозначить через ρкар плотность оболочки пор (каркаса) изоляционного материала и пренебречь массой газа в порах материала, то можно написать Vмρм = Vкар ρкар . Основанием для сделанного допущения является то, что плотность минералов составляет 2400-3000 кг/м3 , органических материалов 1450 - 1650 кг/м3, а плотность газов при нормальных условиях 1-2 кг/м3. Тогда относительная доля М объема каркаса Vкар в общем объеме материала Vм будет М = Vкар/ Vм = ρм / ρкар, а пористость П, или относительный объем пор в материале, может быть определена по выражению П= 1 - ρм / ρкар, или П = (ρкар - ρм)/ ρкар. Пористость теплоизоляционных материалов колеблется от 50 % у материалов с относительно высокой объемной массой и до 99 % у материалов с низкой объемной массой.
Благодаря пористой структуре изоляционных материалов их теплопроводность определяется значениями последней для воздуха (или газа) внутри пор, обладающего весьма низкой теплопроводностью, и вещества каркаса. Так сухой неподвижный воздух при нормальных условиях имеет теплопроводность λ = 0,023 Вт/(м∙К); у газообразного диоксида углерода λ = 0,014 Вт/(м∙К); у перегретого пара R11 λ = 0,008 Вт/(м∙К), а у R12 λ = 0,009 Вт/(м∙К); теплопроводность оболочек пор находится в интервале от 2,3-5,8 Вт/(м∙К) для естественных минералов и растительных волокон и до 10,5-419 Вт/(м∙К) для металлов. Теплопроводность материалов, применяемых для тепловой изоляции, в зависимости от вышеуказанного соотношения находится в пределах 0,015-0,35 Вт/(м∙К).
Нормативные документы рекомендуют в качестве тепловой изоляции помещений с отрицательными температурами материалы, имеющие ρ ≤ 200 кг/м3 и λ ≤ 0,06 Вт/(м∙К) при температуре 25 °С.
В применении к пористым теплоизоляционным материалам термин теплопроводность носит условный, т. е. эквивалентный, характер, поскольку в них наблюдается не только чистая теплопроводность, как в однородных твердых телах. В действительности в пористых телах теплота передается всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплота передается теплопроводностью как по материалу каркаса, так и через газ- наполнитель, в то время как в конвективном обмене участвует только газ, заключенный внутри пор, а радиационный теплообмен осуществляется между поверхностями пор. Существенную роль в общем процессе передачи теплоты в пористых телах играет конвективный теплообмен. Его относительное значение возрастает с увеличением размера пор. Как видно из табл. 1, при росте диаметра пор до 0,5 и даже до 1 мм не происходит значительного увеличения теплопроводности; при наличии в материале пор до 3 мм теплопроводность воздуха вырастает почти в два раза. Конвекция усиливается, если поры соединяются друг с другом, образуя сквозные каналы, в которых создается высокая подвижность воздуха. Поэтому менее теплопроводны материалы с мелкими замкнутыми порами. В то же время такие материалы могут характеризоваться относительно высокой долей радиационного теплообмена.
Таблица 1.
Условная теплопроводность воздуха, Вт/(м∙К), в порах материала в зависимости от размера пор
|
Температура,
°С
|
Диаметр пор, мм |
|
0 |
0,1 |
0,5 |
1,0 |
2,0 |
3,0 |
|
0 |
0,0236 |
0,0241 |
0,0257 |
0,0277 |
0,0317 |
0,0440 |
|
100 |
0,0306 |
0,0316 |
0,0357 |
0,0408 |
0,0511 |
0,0819 |
Различие значений теплопроводности некоторых материалов в разных направлениях объясняется анизотропностью свойств этих материалов. Так, теплопроводность дерева вдоль волокон почти вдвое больше, чем поперек волокон. При очень мелких порах материал по своей структуре приближается к однородному телу, в этом случае теплопроводность по оболочкам приобретает большое значение. Это означает, что материалы должны иметь свои оптимальные размеры пор и оптимальную объемную массу, которым соответствует минимальная для данного материала теплопроводность. Такого рода закономерность наблюдается, например, при укладке сыпучих или волокнистых материалов при различной степени их уплотнения. Если материал уложен недостаточно плотно, то возрастает конвективный и радиационный теплообмен, что приводит к повышению теплопроводности.
Влиянием конвекции и лучеиспускания в процессе передачи теплоты через теплоизоляционный материал объясняется возрастание теплопроводности с повышением температуры. На это указывают и данные табл. 1, по которым можно судить и о том, что в крупных норах теплопроводность воздуха растет при повышении температуры значительно быстрее. Повышение температуры вызывает и рост радиационного теплообмена, поскольку излучение пропорционально четвертой степени абсолютной температуры. Однако, как следует из опытных данных, теплопроводность теплоизоляционных материалов находится примерно в линейной зависимости от температуры, т. е.
λ = λ0(1 + bt), (1)
где λ0 - теплопроводность при 0 °С; b - температурный коэффициент теплопроводности материала, К-1.
Коэффициент b для различных материалов составляет (2÷4)∙10-3 К-1 , а потому теплопроводность теплоизоляционных материалов соответственно изменяется от 20 до 40 % на каждые 100 К повышения или понижения температуры. Для низкотемпературных установок это свойство материалов оказывается весьма положительным.
2. Теплоизоляционные материалы должны обладать малой гигроскопичностью и малым водопоглощением. Гигроскопичностью называется свойство материалов поглощать (сорбировать) водяной пар, а водопоглощением - поглощать капельно-жидкую воду. Этими свойствами различные материалы обладают в разной степени, но в результате их проявления влажность материалов возрастает.
Влажность материала характеризуется содержанием в нем химически не связанной воды. Численное значение влажности зависит от выбора количественной единицы измерения. Различают массовую и объемную влажность материала. Массовая влажность материала может быть отнесена к массе сухого или к массе влажного материала.
Экспериментально влажность определяют высушиванием навески материала массой не менее 5 г в сушильном шкафу при температуре 105-110 °С. При достижении образцом постоянной массы его высушивание прекращают.
Если массу образца влажного материала до сушки обозначить gм.в, а массу образца после высушивания - gм. c , то масса влаги gв, содержащейся в материале, определится так: gв = gм.в gм.с. Массовая влажность, отнесенная к массе сухого материала,
х = gв/ gм.с = (gм.в - gм.с)/ gм.с, (2)
а массовая влажность, отнесенная к массе влажного материала,
ξ = gв/ gм.в = (gм.в - gм.с)/ gм.в. (3)
Для пересчета из одного вида задания влажности в другое выражение (2) можно представить в виде х = gв /( gм.в - gв) и разделить числитель и знаменатель дроби на gм.в. Тогда
х = ξ /(1 - ξ) и ξ =х/( 1 + х).
Из выражения (3) следует, что ξ, может изменяться в пределах от 0 до 1, а х, как это следует из формулы пересчета, ограничен пределами 0 и ∞. Для сопоставления приведены значения влажности, отнесенной к массе сухого материала, соответствующие некоторым значениям влажности, отнесенной к массе влажного материала:
|
ξ,
%............................................... |
0 |
25 |
50 |
75 |
100 |
|
х,
%............................................... |
0 |
33 |
100 |
300 |
∞ |
Объемной влажностью материала называется отношение объема влаги, содержащейся в образце материала, к объему самого образца. В этом определении вся влага независимо от того, в каком агрегатном состоянии она находится в материале, считается по объему капельной воды. Кроме того, предполагается, что при поглощении воды объем материала не изменяется.
Объем, м3, занимаемый влагой в материале, Vв = gв /ρв = gв /1000, а объем, занимаемый образцом материала, Vм = gм.с/ ρоб.м.с.
Тогда объемная влажность
ω= Vв / Vм = gв ρоб.м.с /(1000 gм.с) = х ρоб.м.с /1000. (4)
Из выражения (4) следует, что численное значение объемной влажности ω для материалов с объемной массой до 1000 кг/м3 всегда меньше численного значения массовой влажности х и разница между этими величинами тем больше, чем легче материал.
Поглощение влаги материалом ведет, прежде всего, к увеличению теплопроводности материала. Объясняется это тем, что вода может занимать в материале часть объема ячеек и пор, вытесняя из них газ. Так как теплопроводность воды λ =0,58 Вт/(м∙К) примерно в 25 раз больше теплопроводности неподвижного воздуха, то наличие воды в материале вызывает существенное повышение теплопроводности теплоизоляционного материала. При низких температурах вода в порах материала может замерзнуть, что приведет к еще большему возрастанию теплопроводности материала, так как теплопроводность льда λ = 2,2 Вт/(м∙К) почти в 100 раз больше теплопроводности неподвижного воздуха.
Зависимость теплопроводности материала от объемной влажности может быть выражена эмпирической формулой
λ = λ0 + Δλω,
где λ0 - теплопроводность материала в воздушно-сухом состоянии; Δλ - приращение теплопроводности на каждый процент увеличения объемной влажности; ω - объемная влажность, %.
Приращение Δλ для органических материалов при положительных температурах принимают равным 3,5∙10-3, а при отрицательных температурах - 4∙10-3 Вт/(м∙К); для неорганических материалов - соответственно 2,3∙10-3 и 3,5∙10-3 Вт/(м∙К).
Содержащий влагу изоляционный материал может подвергаться гниению, в нем могут образовываться грибки и плесени, что приводит к разрушению материала и сокращению срока его службы.
3. Теплоизоляционные материалы должны быть температуростойкими и морозостойкими. Это значит, что материалы не должны становиться хрупкими при низких температурах и, кроме того, должны сохранять прочность и эластичность каркаса, подвергаясь многократному замораживанию и оттаиванию в увлажненном состоянии, т. е. при наличии воды в порах. Увеличение объема воды при ее замерзании в порах материала не должно вызывать образование трещин в материале или его разрушения.
4. Теплоизоляционные материалы должны быть негорючими или обладать возможно меньшей горючестью.
5. Теплоизоляционные материалы должны быть химически инертными по отношению к материалам, с которыми они могут контактировать в изоляционной конструкции, например, не вызывать коррозию стальных стенок аппарата, на наружную поверхность которого наложен теплоизоляционный слой данного материала.
6. Теплоизоляционные материалы не должны иметь запаха и воспринимать его. Это свойство существенно для пищевых предприятий, поскольку многие скоропортящиеся пищевые продукты легко воспринимают различные запахи, что ухудшает их качество. Некоторые продукты (например, рыба) сами обладают запахом, который может быть воспринят теплоизоляционным материалом и передан другим продуктам, которые впоследствии будут храниться в этом помещении.
7. Теплоизоляционные материалы должны быть защищены от грызунов и не привлекать их. Грызуны не только портят изоляцию и хранящиеся продукты, но и способствуют распространению заразных заболеваний.
8. Теплоизоляционные материалы должны обладать достаточной механической прочностью, чтобы выдерживать воздействия, неизбежные при транспортировке, укладке и эксплуатации (нагрузка от продуктов, загрузочно-разгрузочных средств, удары, вибрация).
9. Теплоизоляционные материалы должны легко обрабатываться (резаться, пилиться и т. д.) обычными режущими инструментами.
10. Теплоизоляционные материалы должны обладать приемлемыми экономическими показателями. При прочих удовлетворительных свойствах высокая стоимость материала или его малые ресурсы ограничивают возможность применения такого материала.
Материалов, обладающих всеми перечисленными свойствами, пока не существует. Как правило, теплоизоляционные материалы выбирают не только с учетом их положительных и отрицательных качеств, но и с учетом реальной возможности получения материала на месте строительства, а также значимости и назначения объекта.
Правильно выбирать материалы для тепловой изоляции помогает классификация их по отдельным характерным признакам.
По происхождению или исходному сырью материалы делят на две группы: органического и неорганического происхождения (минералы, металлы). В каждой из групп материалы могут быть естественными или искусственными. Материалы органического происхождения, за исключением некоторых искусственных, как правило, гигроскопичны и влагоемки, вследствие чего они могут гнить, плесневеть. В большинстве случаев они горючи.
Следует учитывать и температурную область, внутри которой может быть применен данный теплоизоляционный материал. По этому признаку все материалы можно разделить на две группы.
Материалы для низких температур (область отрицательных температур в интервале 60-130 °С). В области низких температур некоторые материалы становятся хрупкими. У верхнего температурного предела могут изменяться структура и механические свойства ряда материалов в результате размягчения вязких связующих (битума, смол), обугливания органических веществ и т. п.
Материалы, для высоких температур (80-400 °С). Эти материалы применяют на теплоэлектростанциях, в промышленных тепловых установках, тепловых коммуникациях. Для этого температурного интервала используют главным образом материалы неорганического происхождения.
По внешнему виду или способу применения в изоляционной конструкции теплоизоляционные материалы классифицируют следующим образом.
I. Штучные жесткие изделия, имеющие определенные размеры и форму. При выполнении изоляционных работ форму таких изделий обычно не изменяют. Для изоляции плоских поверхностей их изготовляют в виде плит, блоков и кирпичей. Для изоляции криволинейных поверхностей (сосудов цилиндрической формы, трубопроводов) штучные жесткие изделия изготавливают в виде сегментов, брусков с трапециевидным сечением, скорлуп (полуцилиндрических оболочек). Производят и изделия сложной конфигурации, предназначенные для изоляции фасонных частей трубопроводов (вентилей, тройников, отводов и т. п.).
II. Штучные гибкие изделия, имеющие определенные размеры, но допускающие в некоторой степени изменение формы. Их производят в виде матов, листов, рулонов и шнура. Такие изделия используют для изоляции как плоских, так и криволинейных поверхностей.
III. Сыпучие или засыпные материалы, представляющие собой рыхлую бесформенную массу с произвольным расположением частиц. Материалы могут быть зернистыми (зерна, опилки), порошкообразными и волокнистыми (нити, волокна). Их можно применять для изоляции поверхностей любой формы; при проведении изоляционных работ материал засыпают между двумя стенками, одной из которых является изолируемая поверхность, а другая, вспомогательная, отстоит от нее на необходимую толщину теплоизоляционного слоя и повторяет форму изолируемой поверхности либо выполняется более простой формы.
IV. Материалы, которые в конечном виде получают в самом процессе выполнения теплоизоляционных работ, например, напылением на изолируемую поверхность или заливкой исходной смеси в изолируемое пространство. Благодаря такой технологии получения теплоизоляционного слоя их можно применять для изоляции поверхностей любой конфигурации, даже очень сложной.
Высокоэффективные теплоизоляционные материалы благодаря своей малой объемной массе применяют, прежде всего, в транспортных и других передвижных и малых установках, в устройствах и аппаратах, для которых на первое место выдвигается требование минимальной массы. Так как материалы этой группы обладают малой тепловой инерцией (малым коэффициентом теплоусвоения), их успешно применяют в установках с переменным тепловым режимом (низкотемпературные испытательные камеры, регенеративные теплообменники в криогенных установках). В связи с возрастающим в последние годы производством материалов из искусственных смол с хорошими показателями их все более широко используют и на крупных промышленных установках. Большинство высокоэффективных материалов имеет малую механическую прочность. Материалы данной группы можно разделить на следующие подгруппы.
1. ОРГАНИЧЕСКИЕ ИСКУССТВЕННЫЕ МАТЕРИАЛЫ. Очень перспективными материалами этой подгруппы являются пенопласты, получаемые путем вспенивания синтетических смол. Пенопласты имеют мелкие замкнутые поры и этим отличаются от поропластов - тоже вспененных пластмасс, но имеющих соединяющиеся (незамкнутые) поры и поэтому не используемых в качестве теплоизоляционных материалов. В зависимости от рецептуры и характера технологического процесса изготовления пенопласты могут быть жесткими, полужесткими и эластичными с порами необходимого размера; изделиям могут быть приданы желаемые свойства (например, уменьшена горючесть).
Пенопласты делятся на термопластичные, или термообратимые, размягчающиеся при повторных нагреваниях, и термонепластичные, или термонеобратимые, отвердевающие при первом цикле нагревания и не размягчающиеся при повторных нагреваниях; к первым относятся пенополистиролы (ПС), пенополивинилхлориды (ПХВ), ко вторым - пенополиуретаны (ПУ), а также материалы на основе фенольно-формальдегидных (ФФ), эпоксидных (Э) и кремнийорганических (К) смол.
По виду технологического процесса производства пенопласты подразделяют на формуемые (получаемые прессовым методом) и вспенивающиеся в конструкции (получаемые беспрессовым методом). При прессовом методе порошкообразный полимер с добавленным к нему твердым газообразователем прессуется в виде заготовок в прессформах на гидравлическом прессе под давлением 10-20 МПа и при нагревании до 150-175 °С; при этом пластмасса плавится, а газообразователь разлагается. В качестве газообразователя применяют бикарбонат натрия, карбонат аммония, выделяющие диоксид углерода, а также некоторые вещества, выделяющие азот. В полученной после прессования заготовке газ находится под большим давлением и может диффундировать во внешнюю среду; по этой причине заготовки хранят не больше 1-2 суток. Из заготовок получают плиты и другие изделия путем нагревания заготовок в формах до высокоэластичного состояния (100-120 °С); в этих условиях газ выделяется и вспенивает пластмассу, образуя поры. По этому способу производят изделия из термопластичных пластмасс, имеющих λ = 0,03 - 0,045 Вт/(м∙К) при объемной массе 40-60 кг/м3.
Беспрессовый способ имеет две основные разновидности. По одной из них получают наиболее легкие пенополистиролы. В качестве газообразователей здесь применяют легкокипящие жидкости (изопентан, хлористый метилен и хладоны), которыми насыщают в автоклавах гранулы полимера (зерна диаметром 0,2-0,5 мм) под давлением. Гранулы можно засыпать в формы (для получения плит и других изделий) или в пространство между двумя стенками изолируемого объема аппарата, конструкции. При последующем нагревании (водяным паром, в поле тока высокой частоты) до высокоэластичного состояния гранулы вспениваются, расширяясь примерно в десять раз благодаря выделению газа, и склеиваются между собой. Так производят, например, плиты и скорлупы из одного из распространенных пенопластов ПСБ - пенополистирола беспрессового, имеющего λ = 0,047 ÷ 0,052 Вт/(м∙К) при объемной массе ρ = 20 ÷ 40 кг/м3. Этот материал горит коптящим пламенем. Его можно применять при температурах от минус 80 до 70 °С. Отечественная промышленность выпускает и самозатухающий пенопласт ПСБС.
Пенопласты имеют малую гигроскопичность (1-3 %) и малое водопоглощение (до 20 %), хотя при проверке ПСБС после нескольких лет работы в ограждении холодильника были получены более высокие значения. Предел прочности ПСБС па сжатие 150-500 к11а.
По другой разновидности беспрессового способа получают пенополиуретан. Газообразование в этом методе происходит при смешении в жидком состоянии двух частей композиции во время заливания их в изолируемый объем (например, между двумя стенками конструкции ограждения) или во время нанесения (набрызгиванием, напылением) теплоизоляционного слоя на изолируемую поверхность. Объем исходной смеси при этом увеличивается в 30-40 раз. Смесь напыляют пульверизатором (пистолетом-распылителем), что делает этот способ высокопроизводительным и наиболее технологичным, особенно при изоляции сложных конструкций. За один проход образуется слой толщиной 15-30 мм. Пенополиуретан наносится на поверхность любого материала и хорошо приклеивается к ней. В месте прилегания к изолируемой поверхности образуется плотная пленка, обладающая пароизоляционными свойствами. Наибольшую прочность образовавшийся теплоизоляционный слой приобретает через 24 ч после напыления. Теплопроводность пенополиуретана λ = 0,041 ÷ 0,058 Вт/(м∙К) при объемной массе 40-200 кг/м3. Пенополиуретаны относятся к сгораемым, но трудно воспламеняемым материалам, область их применения от -180 до 120 °С. При заливании частей композиции в изолируемый объем в качестве пенообразователя нередко применяли хладоны R11 и R12. В этом случае теплопроводность λ = 0,019 ÷ 0,021 Вт/(м∙К). В связи с озоноразрушающим действием R11 и R12 ведутся поиски заменителей, в частности применяют R141b, циклопентан, n-пентан.
По отечественному рецепту изготавливают похожий пенопласт Рипор, имеющий λ = 0,026 Вт/(м∙К), ρ= 25 ÷ 30 кг/м3 и прочность на сжатие 200-250 кПа. Рипор также является композицией двух жидкостей. Изоляционный слой образуется заливкой или напылением. Изготавливают и жесткие штучные изделия.
2. НЕОРГАНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ. Представителем этой подгруппы является алюминиевая фольга (альфоль). Для тепловой изоляции используют фольгу толщиной 7-26 мкм. Ее применяют в виде гофрированных (мятых) листов с деревянными рамками или без них (иногда листы наклеивают на картон), уложенных с образованием воздушных прослоек толщиной 8-10 мм обычно до десяти рядов. Объемная масса гофрированной фольги 6-8 кг/м3, но из-за наличия конструкционных элементов для крепления листов и образования зазоров между листами объемная масса изоляции возрастает до 100 кг/м3. Достоинством этого материала является высокая отражательная способность, уменьшающая радиационный теплообмен, что особенно заметно при высоких температурах.
Другими важными представителями подгруппы неорганических материалов являются искусственные волокна: минеральная, шлаковая и стеклянная вата. Сырьем для минеральной ваты служат горные породы (мергели, доломиты, базальты и др.), для шлаковой - доменный шлак, а для стеклянной ваты - материалы, из которых получают различные виды стекла (кварцевый песок, известь, сода). Исходную шихту расплавляют в вагранках или в ванных печах. Для получения волокон из расплава чаще применяют фильерно-дутьевой способ. Средняя толщина волокна минеральной ваты 6-7 мкм. Вата марки 100 имеет объемную массу 100 кг/м и теплопроводность 0,045 Вт/(м∙К), а вата марки 150 - ρ = 150 кг/м3 и λ = 0,047 Вт/(м∙К). Стекловолокно обычное теплоизоляционное имеет толщину нитей 12-35 мкм, и его показатели аналогичны показателям минеральной ваты. Выпускают и ультратонкое волокно (УТВ) с диаметром нити около 1 мкм; оно при ρ = 5 ÷ 6 кг/м3 имеет λ = 0,031 Вт/(м∙К). Минеральную и стеклянную вату можно применять как засыпной материал, но они дают большую усадку. Нагрузка на них не должна превышать 2 кПа. Эти материалы не горючи, не проходимы для грызунов. Они имеют малую гигроскопичность (не более 2 %), но большое водопоглощение (до 600 %). При выполнении изоляционных работ необходимо применять защитные меры.
Материалы этой подгруппы представляют большой интерес для холодильного строительства, так как они лишены многих существенных недостатков органических материалов. Из стеклянной и минеральной ваты изготавливают маты и полосы, обе стороны которых пропитывают на глубину 1,5 мм клеющим веществом для образования защитного слоя. Защитный слой предохраняет изделие при перевозке и монтаже. Маты и материалы прошивают нитками из стеклянного волокна или тонкой стальной проволокой и используют при производстве таких распространенных теплоизоляционных материалов, как полужесткие и жесткие минераловатные плиты. Они сходны по технологии производства, но различаются содержанием битума, связывающего волокна. В полужестких плитах от 8 до 20 % битума. К волокнам ваты подмешивают расплавленный тугоплавкий битум, и образующиеся маты подпрессовывают и подсушивают. Из матов вырезают плиты размерами 1000 х 500 мм. Марки полужестких минераловатных плит на битумном связующем 75, 100, 150 и 200 соответствуют их объемной массе; их теплопроводность 0,052-0,064 Вт/(м∙К), область применения от -100 до 60 °С. Выпускают также полужесткие и жесткие минераловатные плиты на синтетическом связующем из фенольных смол. Они имеют меньшую объемную массу (50-175 кг/м3) и теплопроводность 0,052-0,064 Вт/(м∙К). Область применения этих плит от -60 (ρ = 50 и 75 кг/м3) и -120 (ρ = 125 и 175 кг/м3) до 400 °С.
Другим материалом этой группы являются асбовермикулитовые плиты, изготавливаемые из вспученного вермикулита (60 %), асбестовых волокон (20 %) и битумной эмульсии (20 %). Их объемная масса 250 кг/м3, теплопроводность 0,075-0,085 Вт/(м∙К). Они морозостойки и огнестойки, а потому находят применение главным образом для устройства противопожарных поясов в ограждениях холодильников.
В эту же подгруппу включается губчатая резина (оназот), изготавливаемая на основе синтетического каучука. Из нее производят эластичные плиты и скорлупы путем вспенивания расплавленной каучуковой массы азотом или диоксидом углерода под давлением. Одновременно осуществляют вулканизацию каучука. Материал мало гигроскопичен и водоустойчив; благодаря своей эластичности пригоден для изоляции труб и цилиндрических аппаратов. При ρ = 60 ÷ 100 кг/м3 имеет λ = 0,035 ÷ 0,05 Вт/ (м∙К).
В криогенных установках для тепловой защиты оборудования применяют порошковые материалы и различные виды вакуумной изоляции. Распространенным порошковым материалом является аэрогель - порошкообразный высокопористый материал, состоящий в основном из химически чистого диоксида кремния. Аэрогель имеет объемную массу 80-100 кг/м3 и теплопроводность 0,021-0,023 Вт/(м∙К). Различают три вида вакуумной изоляции. Первый из них называется порошково-вакуумной изоляцией. Отличается он от порошковой тем, что в объеме, куда засыпан аэрогель (или другой порошковый материал), создается разряжение; при остаточном давлении 1,33 Па (1∙10-2 мм рт. ст.) теплопроводность аэрогеля будет в десять раз меньше, чем у воздуха в нормальных условиях, т. е. 0,0023 Вт/(м∙К). Вторым видом такой изоляции является вакуумная изоляция. В этом случае в пространстве между двумя герметичными стенками, ограждающими изолируемый аппарат, создается необходимое разряжение; так, та же теплопроводность 0,0023 Вт/(м∙К) достигается при остаточном давлении 1,33∙10-3 Па (1∙10-5 мм рт. ст.). Третий вид вакуумной изоляции называется слоисто-вакуумной изоляцией; она состоит из чередующихся слоев тонкого стекловолокна и листов алюминиевой фольги. На 1 см толщины изоляции приходится от 20 до 30 слоев. Та же теплопроводность достигается при остаточном давлении 0,0133∙10-2 Па и 0 °С. При криогенных температурах теплопроводность такой изоляции уменьшается еще в десятки раз.
Таким образом, имеется большое количество теплоизоляционных материалов, из которых может осуществляться выбор в соответствии с назначением холодильной установки и местными условиями строительства.
Литература: Холодильные установки: Учебник для студентов вузов специальности "Техника и физика низких температур", "Холодильная криогенная техникаи и кондиционирование" /Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. - 2-е изд., стереоптип. - СПб.: Политехника. 2002. - 576 с.: ил.
