ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

М.А. Стецюк

ВЛИЯНИЕ ВЛАГИ НА ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ

Изменения влажности теплоизоляционных материалов в тепловых сетях в течение года заметно изменяются теплофизические характеристики строительных материалов. Изменение величины коэффициента теплопроводности в большой степени зависит от влажности материала. Так, при исследовании влияния влажности материалов на их теплофизические свойства изучают, как правило, влияние высоких значений влажности материалов (объемной или массовой) на коэффициент их теплопроводности. При этом весьма ограничена информация о влиянии низких значений влажности материалов, связанных с сорбцией влаги из влажного воздуха и процессами диффузии водяного пара через ограждающие конструкции. Установлено, что с ростом влажности материалов растет коэффициент их теплопроводности, однако степень изменения теплопроводности материалов различна на различных диапазонах влажности. Коэффициент теплопроводности строительных материалов исследуется без учета состояния влаги в пористой структуре материала, а именно сорбционной, пленочной, капиллярной и т.д. Исследование зависимости коэффициента теплопроводности от вида связи влаги с материалом является актуальной задачей, что позволит определять теплотехнические характеристики ограждающих конструкций в зависимости от вида эксплуатационной влаги в широком интервале её изменения в ограждающих конструкциях.

Ключевые слова: теплопроводность, теплопоглощение, влагопо-глощение, энергоэффективность, теплоизоляционные материалы.

Теплоизоляционные материалы и конструкции предназначены для уменьшения теплопотерь трубопроводов через ограждающею конструкцию, поддержание заданных параметров теплоносителя, а также недопущение высокой температуры на поверхности теплопроводов и оборудования при эксплуатации[1].

В действующем СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» при оценке теплотехнических характеристик многослойных конструкций трубопроводов влажность учитывается только для двух условий эксплуатации. Коэффициент теплопроводности материалов при других условиях эксплуатации остается неизученным. Влажностное состояние ограждающих конструкций находиться в очень широких пределах, по исследованиям [2] конструкции переувлажнены, а в работах [3, 4] показано, что относительная влажность воздуха в материалах при эксплуатации трубопроводов в канальном исполнении изменяется, как правило, в диапазоне 20-85 %. В этом диапазоне относительной влажности воздуха и будет формироваться сорбционное увлажнение материальных слоев ограждающих конструкций и влиять на коэффициент теплопроводности.

Увеличение теплопроводности при увлажнении материалов объясняется рядом факторов. Прежде всего согласно законам капиллярности влага проникает в самые мелкие, т. е. в наиболее ценные с точки зрения изоляционных свойств, поры материала, вытесняя из них воздух и образуя как бы тепловые мостики (теплопроводность воды в 15-20 раз выше теплопроводности воздуха).

При разработке расчетного метода [5] определения эффективной теплопроводности теплоизоляционных материалов для определения ее кондуктивной составляющей была использована модель О. Кри-шера. Как показали экспериментальные данные, она дает вполне удовлетворительные результаты при расчете теплопроводности легких высокоэффективных теплоизоляционных материалов, нашедших широкое применение в конструкциях промышленной изоляции (волокнистая изоляция, пенопласты, пенокаучуки и др.

В ходе проведения расчетов на потери тепловой энергии через слой изоляции была получена зависимость теплоизоляционных характеристик от процентного содержания влаги в открытых порах материалов для распределительных и магистральных теплотрасс.

При канальной прокладке в зависимости от температуры в канале происходит изменение коэффициента теплопроводности воды. Он увеличивается с ростом температуры. При увеличении доли влаги с

© Стецюк М.А., 2021.

Научный руководитель: Закируллин Рустам Сабирович - доктор технических наук, доцент, профессор кафедры теплогазоснабжения, вентиляции и гидромеханики, Оренбургский государственный университет, Россия.

соответствующим уменьшением доли воздушного пространства в порах и ростом температуры окружающей среды происходит незамедлительное повышение теплопроводности, называемое эффективной теплопроводностью (рис.1).

Рисунок 1. Зависимость коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала от процентного содержания влаги в его порах для трубопровода с Ду 80 мм.

0 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Процентное содержание влаги в порах материала

Для распределительных тепловых сетей происходит резкое увеличение теплопроводности МВ с соответствующими потерями теплоты: с 0,062 до 0,447 Вт/(м-0С), т.е. на 86 %. АПБ с 0,055 до 0,161 Вт/(м-0С), т.е. на 66%. ППУ с 0,033 до 0,087 Вт/(мЛС) на 62%. Наименьший рост наблюдается у ППМ: 16% над первоначальной теплопроводностью. ППУ обладает хорошими теплоизоляционными свойствами: теплопроводность меньше на 20% по сравнению с ППМ в сухом состоянии и температура в каналах, влияющая на рост потерь, меньше. Поэтому, как видно, на рисунке 1 при изначальном увлажнении на 10% теплопроводность материала меньше, как и количество потерь тепловой энергии.

Теплозащитные свойства теплоизоляционных конструкций промышленных сооружений и трубопроводов, а также ограждений зданий, как показывает практика, снижаются в процессе эксплуатации. Так, например, за счет периодических тепловлажностных воздействий окружающей среды вследствие механических нагрузок, обусловленных вибрацией оборудования и ветровым напором переменного направления, волокнистая изоляция уплотняется, толщина ее уменьшается, а теплопроводность увеличивается. Теплоизоляционная конструкция изменяет свою форму («провисает»), внутри нее образуются полости с усиленной конвекцией в ней, воздуха. Все это приводит к снижению ее термического сопротивления. Темпера-турно-влажностные деформации существенно изменяют пористую структуру теплоизоляционного слоя из пенопласта в процессе эксплуатации, до 80 % повышается содержание в нем открытых пор, что приводит к резкому увеличению лучистой составляющей в переносе теплоты, а также к повышению влагопровод-ности, что влечет за собой увеличение кондуктивной и общей теплопроводности теплоизоляционного слоя.

Библиографический список

1.СНиП 41-03-2003 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов

2. Гагарин В. Г., Пастушков П. П., Реутова Н. А. К вопросу о назначении расчетной влажности строительных материалов по изотерме сорбции // Строительство и реконструкция. 2015. № 4 (60). С. 152-155.

3. Иванцов А. И., Куприянов В.Н. Режим эксплуатации многослойных стеновых ограждающих конструкций, как основа прогнозирования их срока службы // Известия КГАСУ. 2014. № 3 (29). С. 32-40.

4. Петров А. С., Куприянов В. Н. Переменное значение паропроницаемости материалов в условиях эксплуатации и его влияние на прогнозирование влажностного состояния ограждающих конструкций // Строительные науки. 2016. № 6 (738). С. 97-105.

5. Анализ моделей теплофизических свойств синтетического утеплителя из многокомпонентных волокнистых материалов Дружакина О.П.

СТЕЦЮК МАКСИМ АЛЕКСАНДРОВИЧ - магистрант, Оренбургский государственный университет, Россия.