VII Международная конференция аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" 15-17 апреля 2008 года
Сборник докладов, Том I
СНИЖЕНИЕ ВЫБРОСОВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА ЗА СЧЕТ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ПРИ ТРАНСПОРТИРОВКЕ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

Д.С.Руденко, Г.Е.Константинов
Донецкий национальный технический университет


     При транспортировке тепловой энергии, используемой для нужд отопления, наблюдаются существенные ее потери. Совершенствование тепловой изоляции агрегатов и трубопроводных систем снижает потребность в производстве энергии, что, в свою очередь, благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды.

     Коэффициент теплопроводности является показателем способности материала проводить тепло. Применительно к теплоизоляционным материалам – это показатель изоляционности, или способности ограничения прохождения тепла. Измеряется в Вт/м°С. Коэффициент – это фактор, который характеризует материал и зависит от его типа, а также от величины средней температуры. Величина коэффициента при данной температуре зависит в огромной степени от плотности изоляционного материала.

      Целями теплоизоляции являются минимизация теплопотерь, ограничение падения температуры теплоносителя, предотвращение конденсации на внутренних и внешних поверхностях изолируемых объектов, ограничение температуры на поверхностях, предотвращение термической деформации, уменьшение распространения шума через поверхность изолированного оборудования противопожарная защита стальных конструкции, воздуховодов и дымовых каналов.

     В настоящее время, на рынке представлено большое количество теплоизоляционных материалов. Например, минеральная вата, пенополиуретан, пеностирол, изовер, TSM Ceramic.

      Минвата как продукт натуральный, неорганический, получаемый в результате плавки минеральных пород (главным образом базальта) является в полной мере экологическим, натуральным теплоизоляционным материалом. Минвата ROCKWOOL негорюча, устойчива к высоким температурам (до 1000 °С), долговечна, химически нейтральна, биологически стойкая, паропроницаемая. В среднем при t=100°С , коэффициент теплопроводности - 0,05 Вт/м°С.

      Пенополиуретан относится к классу газонаполненных платмасс, то есть пенопластов. Образование пенополиуретана происходит при реакции между собой двух компонентов в жидком состоянии: полиола и полиизоционата. Из тонны ППУ можно получить примерно 20 кубических метров тепловой изоляции при плотности 50 кг/м3. Получаемые напылением ППУ теплоизоляционные материалы отличаются низкой теплопроводностью, минимальным водопоглощением, удовлетворительной адгезией к металлу и отсутствием коррозионного воздействия на строительные материалы. Теплоизоляционные материалы в виде напыляемого пенополиуретана в конструкции могут служить, одновременно, теплоизоляцией и защитой металла от коррозии. Срок службы пенополиуретана оценивается в 25 – 30 лет. Коэффициент теплопроводности ППУ - 0,023 – 0,032 Вт/м•град.

      TSM Ceramic – это микроскопические, пустотелые керамические шарики, которые находятся во взвешенном состоянии в жидкой композиции, состоящей из синтетического каучука, акриловых полимеров и неорганических пигментов. Эта комбинация делает материал легким, гибким, растяжимым. Материал обладает хорошей адгезией к покрываемым поверхностям, что позволяет изолировать их от доступа воды и воздуха, тем самым устраняя потенциал внешней коррозии и образования ржавчины, в отличие от «оберточных теплоизоляторов», пенополиуретана или минеральной ваты. Это делает его незаменимым для применения в качестве тепло- и гидроизоляционного покрытия в теплоэнергетике. Материал экологически чистый, а также пожаробезопасный. Это жидкая изоляция, которая наносится подобно краске и действует как тепловая защита. TSM Ceramic – капиллярно-пористое тело, отличающееся от традиционных теплоизолирующих материалов тем, что межпоровое пространство находится в состоянии разрежения. Разреженность существенно снижает конвективную составляющую переноса теплоты у данного материала. За счет высокого коэффициента отражения керамических сфер, радиационная (лучистая) составляющая переноса теплоты также во много раз меньше, чем у традиционных теплоизолирующих материалов. Поэтому результатирующая (эффективная) теплопроводность очень мала, что позволяет материалу иметь очень высокую теплоизолирующую эффективность. Изготовители указывают коэффициент теплопроводности при 20°С – 0,001 Вт/м°С, но эта величина представляется заниженной и нуждается в дальнейшем уточнении.


Сравнительная таблица изоляции жидким керамическим теплоизоляционным материалом TSM Ceramic, пенополиуретаном и минеральной ватой
Материал Температура,°С Плотность материала, кг/м3 Коэффициент теплопроводности, Вт/м °С Теплоемкость, кДж/(кг °С)
Минеральная вата 100 70-140 0.05 -
ППУ 100 60-80 0.03 -
TSM Ceramic (thermal-coat) 20 380-410 0.001 1.08
Список литературы:

  1 Чиркин В.С. Теплопроводность промышленных материалов. - Издание 2-е, переработанное и дополненное – М.:Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1962. – 247 стр.

  2 Карташов Э. М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. Учебное пособие для втузов. - М.:Высшая школа, 2001. – 550стр.

  3 Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. Под редакцией НиколаеваА.А. - Москва.:Издательство литературы по строительству, 1965 год, - 360 с.

  4 American Society for Testing and Materials, Annual Book of ASTM Standards; Part 18 – Thermal and Cryogenic Insulating Materials; Building Seals and Sealants; Fire test; Building Constructions; Environmental Acoustics; Part 17 – Refractories, Glass and Other Ceramic Materials; Manufactured Carbon and Graphite Products.

  5 W.H. McADAMS, Heat Transmission, McGraw-Hill, New York, 1954.

  6 E.M. SPARROW and R.D.CESS, Radiation Heat Transfer, McGraw-Hill, New York, 1978.

  7 J.F. MALLOY, Thermal Insulation, Reinhold, New York, 1969, pp 72-77, from Thermon
Manufacturing Co. technical data.

  9 TIMA ETI Computer program, Thermal Insulation Manufacturers Assosiasion, 7 Kirby Plaza, Mt.Kisco,N.Y.10549