Коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов при увлажнении

Одной из наиболее острых проблем развития топливно-энергетического комплекса России является проблема энергосбережения.

Теплозащитные свойства теплоизоляционных материалов трубопроводов, как показывает практика, снижаются в процессе эксплуатации. Так, за счет периодических тепло-влажностных воздействий окружающей среды волокнистая изоляция уплотняется, толщина ее уменьшается, а теплопроводность увеличивается.

При выборе теплоизоляционного материала для проектируемых теплотрасс специалисты руководствуются преимущественно величиной коэффициента теплопроводности, который в нормативной и справочной документации представлен, в основном, для воздушно-сухого материала. На практике же централизованное теплоснабжение связано с разной степенью водонасыщения теплоизоляции (полное или частичное затопление теплотрасс). Для оценки уровня тепловых потерь практикующим специалистам требуется полноценная нормативно- расчетная база данных по зависимости величины коэффициента теплопроводности от влагосодержания для типичных теплоизоляционных материалов. В настоящее время такая база только начинает формироваться.

Для установления основных закономерностей влияния увлажнения на величину коэффициента теплопроводности для типичных теплоизоляционных материалов, используемых при проектировании и эксплуатации систем теплоснабжения, были проведены экспериментальные исследования по определению коэффициента теплопроводности при их увлажнении и высыхании.

С целью оценки способности теплоизоляционных материалов к поглощению влаги материалы помещались в сосуды с водой. Визуально на образце из базальтовой ваты отмечалось мгновенное поглощение воды с изменением объема материала. Общее количество поглощенной воды превышало первоначальный вес образца примерно в 17 раз. После высыхания образец не восстанавливал первоначальную форму и объем. Следовательно, в этом случае увлажнение в условиях полного затопления теплопровода даже после высыхания теплоизоляции приводит к существенному изменению теплофизических свойств изоляционного материала.

В свою очередь образец из пенополиуретана в течение суток превысил свой вес всего на 8%, не изменяя формы и объема. При механическом нарушении поверхностной оболочки образца материал моментально поглощает воду, превышая свой первоначальный вес в десятки раз.

Вместе с тем, образцы, размещенные над водой, сохраняли свой первоначальный вес после четырех суток, не поглощая влагу в течение этого времени.

Таким образом, процесс увлажнения (поглощения влаги) материала начинается только при непосредственном контакте материала с водой.

По методике были получены экспериментальные данные для расчета коэффициента теплопроводности при известном тепловом потоке для разных состояний образца.

На рис. 1 - 4 приведены зависимости коэффициента теплопроводности от времени и от уровня затопления водой теплоизоляционного слоя, полученные при проведении ряда экспериментов на экспериментальной установке, моделирующей реальные условия эксплуатации теплопроводов.

Рис. 1. Результаты экспериментов в стадии увлажнения и естественного высыхания базальтовой ваты.

Из рис 1. видно что, при затоплении слоя теплоизоляционного материала на четверть толщены, уже через 24 часа коэффициент теплопроводности базальтовой ваты существенно увеличивается, а полное насыщение водой вследствие гигроскопичности наступает через 72 часа после начала эксперимента. При этом величина коэффициента теплопроводности базальтовой ваты увеличивается в три раза и сохраняет свое значение при дальнейшем пребывании образца в воде в течение еще 48 часов, а при полном высыхании не востанавливает исходную величину.

Рис 2. Изменение величины коэффициента теплопроводности пенополиуретана в зависимости от уровня затопления водой изоляционного слоя.

При затоплении толщены слоя пенополиуретана (рис. 2, 3) на четверть наблюдается незначительное повышение коэффициента теплопроводности. При затоплении на половину и при полном погружении слоя изоляции в воду коэффициент теплопроводности существенно увеличивался до некоторого стационарного значения, в два раза превышающего соответствующую величину для сухого материала, и сохраняет это значение при дальнейшем пребывании образца в воде в течение суток.

Рис 3. Результаты экспериментов в стадии увлажнения и высыхания пенополиуретана

Анализ полученных результатов для пенополиуретана в стадии увлажнения и высыхания (рис. 3) показывает, что коэффициент теплопроводности пенополиуретана значительно изменяется при увлажнении, а при полном высыхании восстанавливает исходное значение.

Аналогичные зависимости получены и для образца пеностекла (рис. 4).

Рис 4. Результаты экспериментов в стадии увлажнения и высыхания пенополиуретана

На основании полученных экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы:

  • - при увлажнении всех теплоизоляционных материалов происходит увеличение коэффициента их теплопроводности, а, следовательно, и увеличение тепловых потерь;
  • - образец из базальтовой ваты не восстанавливает свои теплофизические свойства при полном высыхании;
  • - повышение уровня затопления образца пенополиуретана приходит к увеличению коэффициента теплопроводности, а при высыхании он восстанавливает свои теплофизические свойства.



Санкт-Петербург
наб. реки Смоленки д.14
корпус А, офис 69
8 (800) 350 31 75
8 (812) 425 13 67
opt@ecotermix.ru

Москва
ул. Рязанский проспект, д.8А, строение 14,
корпус А, офис 69
8 (495) 118-25-33
8 (800) 350 57 95
msk@ecotermix.ru