ВЫБОР ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ НЕСТАЦИОНАРНОЙ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Актуальной проблемой является снижение потерь теплоты и создание эффективных теплоизолирующих материалов в зданиях, объектах промышленного, бытового и сельскохозяйственного назначения.

Надежная теплоизоляция зданий позволяет экономить значительное количество энергии, расходуемой в зимнее время на обогрев помещений, а в летнее время на охлаждение и кондиционирование.

Главная функция любого утепления- предотвращение тепловых потерь. Однако, различные виды теплоизоляционных материалов по-разному справляются с этой задачей. Эффективность применения теплоизоляционных материалов определяют следующие характеристики:

-влажность;

-пористость;

-плотность;

-теплоемкость;

-паропроницаемость;

-максимальная температура эксплуатации;

R=d/λ — коэффициент теплопроводности, где d - толщина слоя материала в метрах, λ- коэффициент теплопроводности материала (Вт/м·°С);

Вт/(м·K)-единица измерения коэффициента теплопроводности.

В настоящее время основной характеристикой при выборе теплоизоляционных материалов является коэффициент теплопроводности λ, который в сочетании с толщиной материала δ определяет величину внутреннего термического сопротивления: Rλ= δ/ λ.

Этот подход релевантный, если на свободных поверхностях в течение длительного времени поддерживаются стационарные граничные условия (неизменные температуры и условия теплообмена на поверхности). Хотя для реальных условий эксплуатации характерно, когда температура и условия теплообмена могут изменяться в течение короткого времени. В этом случае эффективность передачи теплоты и скорость изменения разницы температур, будут зависеть от размеров объекта и коэффициента температуропроводности. Она зависит от коэффициента теплопроводности λ, плотности ρ и массовой теплоемкости материала: a= λ / ρс.

Задача состоит в том, чтобы на основе имеющихся материалов обеспечить высокие теплоизоляционные свойства. Например, в условиях нестационарного тепломассообмена, прочность и долговечность теплоизоляции.

Ниже приведены результаты анализа: влияние теплофизических параметров материала на скорость изменения температуры.

Скорость изменения температурного поля может быть представлена следующим выражением: Т𝑖(𝑟,𝑡)𝑑𝑡=𝑇у,𝑖(𝑟)(exp(−𝑡/𝜏))/𝜏, где 𝑇у, 𝑖(𝑟) – установившееся температурное поле в рассматриваемом слое;

𝑟, 𝑡 - пространственная координата и координата времени;

𝜏–постоянная времени: 𝜏=1/𝜇𝑖2𝑎𝑖, где –𝜇𝑖, 𝑎𝑖 - собственные числа, задачи и коэффициент температуропроводности i–го слоя.

Скорость изменения температуры в слое будет тем меньше, чем больше будет постоянная времени процесса или чем меньше коэффициент температуропроводности слоя. Следовательно, при резкой смене внешних температур на поверхности объекта (стенки), определяющая роль отводится не коэффициенту теплопроводности, а коэффициенту температуропроводности слоя.

На рисунке 1 приведены номограммы расчетных значений коэффициента температуропроводности для различных теплоизоляционных материалов. Ссылаясь на полученные результаты, следует, что из рассмотренных материалов наименьшим коэффициентом температуропроводности обладают дерево и композитные материалы на его основе, а из искусственных материалов – пенополеуретан.

Следовательно, их наиболее целесообразно включать в теплоизоляционные покрытия, где у окружающей среды резкая смена температуры.