Теплоизоляция

Теплоизоляция (тепловая изоляция) – защита объектов от нежелательного теплового обмена (теплообмена) с окружающей средой.

Теплоизоляционные материалы, решая задачу теплоизоляции, характеризуются малой средней (условной) плотностью, высокой пористостью, обычно обладают незначительной механической прочностью. Имеют, как правило, многофазную структуру с наличием твердой и газообразной фаз.

Существуют различные подходы к классификации теплоизоляционных материалов для теплоизоляции. Они могут классифицироваться:

• - по виду основного исходного сырья (неорганическое, органическое) и его происхождению (естественное или искусственное),
• - по структуре (волокнистая, ячеистая, пористо-зернистая и др.),
• - по способу парообразования (вспученные, вспененные, распушенные и др.),
• - по типу пористости (закрытая или замкнутая, открытая, смешенного типа с наличием «сквозных пор») и среднему размеру пор,
• - по содержанию связующих веществ,
• - по форме (плиты, блоки, скорлупы и пр.) и способности сохранять форму (штучные, рулонные, шнуровые, сыпучие),
• - по степени сжимаемости под нагрузкой (мягкие, полужесткие, жесткие, повышенной жесткости),
• - по сопротивлению воздействию повышенных температур, огнестойкости, возгораемости,
• - по водостойкости, стойкости в агрессивных средах,
• - по температурному интервалу эксплуатации, а также по ряду других признаков.

За основу при классификации теплоизоляционных материалов для теплоизоляции чаще всего принимают неорганические и органические, вне зависимости от того, являются они «природными» материалами или полученными искусственным путем. К неорганическим относят теплоизоляционные материалы, твердая фаза которых состоит в основном из неорганических соединений (минерально- и стекловолокнистые, асбестоволоконные, вспученные перлит и вермикулит, керамические материалы, ячеистые бетоны и др.). К органическим, соответственно, - из органических соединений как естественного происхождения (древесноволоконные, арболитовые, на основе торфа и др.), так и полимерных, полученных искусственным путем (газонаполненные пенопласты, поропласты, слоистые пластики и др.).

В современной промышленности преобладает тенденция увеличения производства теплоизоляционных материалов для теплоизоляции смешанного типа, в том числе композиционных, и материалов с покрытиями, в том числе теплоотражающими. В строительной отрасли находят применение далеко не все группы известных сегодня теплоизоляционных материалов для теплоизоляции. Производство многих из них (например, материалов на основе углеродных, керамических и др. волокон, композиционных высокопористых материалов и пр.) налажено в органических объемах для обеспечения потребностей специальных отраслей. Некоторые из таких материалов в настоящее время начинают применяться в строительстве. Среди них следует отметить группу высокопористых теплоизоляционных материалов нового поколения с теплопроводностью, как минимум, на порядок ниже, чем теплопроводность таких материалов, как минеральноволоконные и органические полимерные. Препятствием на пути к широкому внедрению теплоизоляционных материалов нового поколения являются не только их высокая цена, но и «закрытость» информации и производственных ноу-хау.

Теплопередача в пористых теплоизоляционных материалах происходит как через твердую фазу (каркас), так и через газ, содержащийся в порах. Она складывается из теплопроводности твердой фазы и газа, конвективной передачи теплоты и теплового излучения. Поскольку теплопроводность газов в обычных условиях на несколько порядков ниже, чем теплопроводность сплошных твердых тел, низкая теплопроводность теплоизоляционных материалов определяется их пористой структурой. В общем случае, она тем ниже, чем выше пористость (т. е. ниже условная плотность).

При открытой пористости пределом для коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов является коэффициент теплопроводности воздуха, содержащегося в порах (0,023 – 0,034 Вт/мК) в зависимости от влажности и температуры. При закрытой пористости – коэффициент теплопроводности заполняющего поры газа, который может быть ниже, чем у воздуха (например, у углекислого газа 0,016 – 0,018 Вт/мК при 20 гр.С). Дальнейшее снижение показателя возможно, в частности, за счет вакуумирования пористого пространства.

При теплообмене вначале происходит теплоотдача от газа с более высокой температурой твердому телу (перегородке) по поверхности раздела, затем идет процесс теплопроводности через перегородку, после чего следует теплоотдача от второй границы перегородки более холодному газу. В процессе теплоотдачи на границе раздела двух сред происходит скачек температуры.