Телоизоляционные материалы
Тепло- и гидроизоляция холодильников
Для уменьшения теплопритоков в камеры холодильника их ограждения тщательно изолируют. Тепловая изоляция, уменьшая приток теплоты через ограждения, снижает нагрузку на холодильное оборудование, уменьшает потребность в холоде, в результате чего сокращаются расходы на эксплуатацию холодильной установки. Тепловая изоляция также способствует уменьшению усушки продуктов, более длительному сохранению их высокого качества.
Главным требованием к теплоизоляционному материалу является его малая теплопроводность. В холодильной технике используются материалы с коэффициентом теплопроводности l = 0,04...0,2 Вт/(м×К). Кроме того, теплоизоляционные материалы должны обладать малой объемной массой, незначительными гигроскопичностью, водопоглощением и паропроницаемостью, хорошей морозоустойчивостью, стойкостью против поражения грибками и грызунами, огнестойкостью, а также достаточной механической прочностью, позволяющей выдерживать удары, вибрацию во время транспортировки и эксплуатации.
Все теплоизоляционные материалы имеют пористую структуру. Поры заполняются воздухом, который имеет очень низкий коэффициент теплопроводности (lв = 0,023 Вт/(м×К)). Однако, именно такое строение большинства теплоизоляционных материалов порождает низкую их механическую прочность, высокую гигроскопичность и паропроницаемость.
Различают теплоизоляционные материалы неорганического и органического происхождения. К наиболее распространенным материалам первой группы следует отнести:
– пенобетон (цементное тесто со вспененным канифольным маслом), l = 0,12...0,14 Вт/(м×K);
– пеностекло (пористый материал, полученный спеканием раздробленного стекла с газообразователями), l = 0,10...0,15 Вт/(м×К);
– минеральные плиты (тонкие стекловидные волокна, пропитанные битумной пастой с последующей формовкой, прессованием и сушкой), l = 0,08...0,1 Вт/(м×К);
– туф и пемза (материалы вулканического происхождения), l = 0,10...0,13 Вт/(м×К).
Перечисленные выше материалы изготовляются на специализированных предприятиях в виде плит, блоков, скорлуп, сегментов нормированных размеров. Для изоляции полов и покрытий широко используют шлаки и керамзитовый щебень (l = 0,14...0,20 Вт/(м×К).
Наилучшим теплоизоляционным материалом органического происхождения, несомненно, является пробка (кора пробкового дуба) и материалы на ее основе – экспанзит и импрегнированные плиты, l = 0,04...0,07 Вт/(м×К). Однако из-за высокой стоимости эти материалы не получили широкого распространения. Чаще встречаются: торфяные плиты (прессованный малоразложившийся торф – сфагнум), l = 0,06...0,07 Вт/(м×К);
– древесные опилки и доски, l = 0,15...0,35 Вт/(м×К);
– пенопласты ПХВ-1, ПХВ-2 (пена полихлорвиниловой смолы с наполнителем), l = 0,04...0,05 Вт/(м×К);
– многочисленные пенополистиролы, пенополиуританы, мипора и др., l = 0,04...0,08 Вт/(м×К). Их общим недостатком является горючесть и повышенная пожароопасность.
Через ограждения холодильника проникает не только теплота, но и влага. Это может быть капельная влага атмосферных осадков или влага из грунта.
Но наиболее характерным для ограждений холодильника является проникновение водяных паров из наружного воздуха. Водяные пары проникают в холодильник под действием разности парциальных давлений пара в теплом наружном и холодном внутреннем воздухе. По мере проникновения водяных паров температура их понижается в соответствии с падением температуры в толще изоляции, а при достижении точки росы пар превращается в воду, увлажняя при этом материал теплоизоляции. А это очень плохо, так как, с одной стороны, резко возрастает коэффициент теплопроводности изоляционного материала (ведь теплопроводность воды и водного льда во много раз выше теплопроводности сухой изоляции!), а с другой – снижается механическая прочность изоляционного материала. Для защиты теплоизоляционного слоя от увлажнения в конструкции ограждения предусматривают слой пароизоляционного материала. Этот слой наносят с теплой стороны теплоизоляционной конструкции.
В качестве пароизоляционных материалов используют известные рулонные материалы – толь, рубероид, пергамин, борулин (для горизонтальных поверхностей), а также некоторые пастообразные материалы – битумы, битумные эмульсии и пасты.
В свете изложенного типичные конструкции изолированного пола и наружной стены камеры холодильника с отрицательными температурами представлены на рис. 9.3.
Следует отметить, что в последнее время при строительстве холодильников небольшой емкости с успехом применяется изоляционно-строительная конструкция типа «сэндвич», а в бытовой холодильной технике – газонаполненная и вакуумная теплоизоляция. Подробнее об этом можно прочитать в журнале «Холодильная техника» и других периодических изданиях.
Важной инженерной задачей является правильный выбор толщины теплоизоляционного слоя в ограждениях. Ведь, с одной стороны, если принять слишком толстый слой теплоизоляции, это приведет к существенному возрастанию капитальных затрат при строительстве холодильника. С другой стороны, слишком малая толщина изоляции предопределит большие теплопритоки в камеры через наружные ограждения холодильника, что повлечет за собой резкое увеличение расхода электроэнергии при его эксплуатации. Таким образом, выбор толщины теплоизоляционного слоя в ограждениях холодильника представляет оптимизационную задачу.
|
| Рис. 9.3. Конструкция изолированного пола (а) и наружной стены холодильника (б): а – пол на сухом песчаном грунте: 1 – асфальтобетон; 2 – бетон и армированный бетон; 3 – гидроизоляция; 4 – шлакобетон; 5 – шлак; б – наружная стена камеры с отрицательными температурами: 1 – штукатурка; 2 – кирпичная кладка, 3 – пароизоляция; 4 – теплоизоляция; 5 – отделочный слой штукатурки. |
Для такого расчета, прежде всего, необходимо принять строительно-изоля-
ционную конструкцию ограждения, толщину каждого отдельного слоя ограждения, а также материал теплоизоляции. Для наружной стены холодильника (рис. 9.3) можно записать уравнение для коэффициента теплопередачи:
, (9.1)
где a1 и a2 – коэффициенты теплообмена от наружного воздуха к стенке и от стенки к воздуху камеры, соответственно, Вт/(м2·К);
di – толщина соответствующих слоев, м;
li – коэффициент теплопроводности соответствующих слоев. Вт/(м·К).
Здесь все значения величин известны, кроме значений k и d4.
Решим это уравнение относительно искомой толщины слоя теплоизоляции d4:
, (9.2)
предварительно задавшись некоторым рекомендованным (нормативным) значением коэффициента теплопередачи kн. Другими словами, определим из (9.2) такую толщину теплоизоляции d4, которая обеспечит нормативный коэффициент теплопередачи kн. Последний выбирается из справочной литературы в зависимости от разности температур наружного воздуха и воздуха в камере [2, с. 356; 3, с. 180].
При использовании тепловой изоляции, изготовленной из стандартных плит или блоков, требуемую по расчету толщину слоя теплоизоляции не всегда можно точно выполнить. В таких случаях ее округляют в большую сторону до значения, кратного толщине изготовляемых плит или блоков. Если, например, в качестве теплоизоляционного материала используется стандартная плита толщиной 0,1 м, а по расчету требуется d4 = 0,26 м, то принимают толщину теплоизоляции в три слоя (0,30 м). Коэффициент теплопередачи в этом случае станет несколько меньше kн и его следует пересчитать в соответствии с принятой толщиной теплоизоляции.
Действительное значение коэффициента теплопередачи kд в этом случае определяют по формуле:
, (9.3)
где dиз – принятая толщина теплоизоляции (в нашем случае dиз = 0,30 м).
Такие расчеты необходимо выполнить для большинства ограждений камер холодильника. В случае реконструкции старых холодильников действительный коэффициент теплопередачи kд следует рассчитать по формуле (9.3) с учетом «старения» материала теплоизоляции.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите типы холодильников. Какой из них наиболее распространен?
2. Что такое «непрерывная холодильная цепь»?
3. Поясните, с какой целью в конструкцию ограждения холодильника включается гидроизоляция? С какой стороны она ставится?
4. Что больше: кн или кд? В каком случае кн = кд?
Литература: [2, с. 320-359; 3, с. 168-182, с. 207-214].