Тепловые сети. Изоляция

Содержание
1. Тепловые сети.
2. Потери тепловой энергии при передаче.
2.1. Источники потерь
3. Тепловая изоляция.
3.1. Теплоизоляционные материалы.

Тепловая сеть
- это система прочно и плотно соединенных между собой участников теплопроводов, по которым теплота с помощью теплоносителей (пара или горячей воды) транспортируется от источников к тепловым потребителям.

Основными элементами
тепловых сетей являются трубопровод, состоящий из стальных труб, соединенных между собой с помощью сварки, изоляционная конструкция, предназначенная для защиты трубопровода от наружной коррозии и тепловых потерь, и несущая конструкция, воспринимающая вес трубопровода и усилия, возникающие при его эксплуатации.

Трубы

Изоляция труб

трубы должны быть:
достаточно прочными и герметичными при максимальных давлениях и температурах теплоносителя;
обладать низким коэффициентом температурных деформаций;
иметь малую шероховатостью внутренней поверхности;
обладать высоким термическим сопротивлением стенок, способствующим сохранению теплоты;
при длительном воздействии высоких температур и давлений иметь неизменные свойства материала.
Требования к теплоносителям

Распределительная подстанция

Снабжение теплотой потребителей
(систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических процессов) состоит из трех взаимосвязанных процессов:
Сообщения теплоты теплоносителю,
2. Транспорта теплоносителя
3. Использования теплового потенциала теплоносителя.

по следующим основным признакам:
Мощности (малой, средней и большой),
виду источника теплоты (местный и централизованный)
виду теплоносителя ( пар, вода и др).
Системы теплоснабжения классифицируются

По виду источника теплоты
Местные системы теплоснабжения - это системы, в которых три основных звена объединены и находятся в одном или смежных помещениях. При этом получение теплоты и передача ее воздуху помещений объединены в одном устройстве и расположены в отапливаемых помещениях (печи).
Централизованные системы, в которых от одного источника теплоты подается теплота для многих помещений.

Источники потерь

1. участок производства тепловой энергии (котельная);
2. участок транспортировки тепловой энергии потребителю (трубопроводы тепловых сетей);
3. участок потребления тепловой энергии (отапливаемый объект).
Источники потерь

Участок производства тепловой энергии

Для оценки эффективности работы
любой системы используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД).
КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной.
Увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичности) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы.

Тепловая изоляция
Теплоизоляция, тепловая изоляция, термоизоляция, защита зданий, тепловых промышленных установок (или отдельных их узлов), холодильных камер, трубопроводов и прочего от нежелательного теплового обмена с окружающей средой.

Теплоизоляционные материалы
— изоляция ограждающих строительных конструкций, технологического оборудования (промышленных печей, тепловых агрегатов, холодильных камер и т. д.) и трубопроводов.
Различают: жёсткие (плиты, блоки, кирпич, скорлупы, сегменты и др.),
гибкие (маты, матрацы, жгуты, шнуры и др.),
сыпучие (зернистые, порошкообразные) или
волокнистые теплоизоляционные материалы.
По виду основного сырья их подразделяют на органические, неорганические и смешанные.

Теплоизоляционные материалы – это строительные материалы и изделия, которые обладают малой теплопроводностью, предназначены для:
Тепловой защиты зданий;
Для технической изоляции (для изоляции различных инженерных систем, например труб);
Защита от нагревания (теплоизоляция холодильных камер).

Виды теплопередачи:
Теплопроводность, конвекция и излучение.

Коэффициент теплопроводности
характеризует теплопроводность материала, он равен количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 за час при разности температур на двух противоположных поверхностях в 10°С.
Измеряется в Вт/(м*К) или Вт/(м*С).
Теплопроводность зависит от влажности материала (вода проводит тепло в 25 раз лучше, чем воздух, то есть материал не будет выполнять свою теплоизолирующую функцию, если он мокрый) и его температуры, химического состава материала, структуры, пористости.

Пористость
- доля объема пор в общем объеме материала.
Для теплоизоляции пористость начинается от 50% и до 90...98% (например, у ячеистых пластмасс).
Она определяет основные свойства теплоизоляции: плотность, теплопроводность, прочность, газопроницаемость и др.
Важно равномерное распределение воздушных пор в материале и характер пор. Поры бывают открытые, закрытые, крупные, мелкие.

Плотность - отношение массы материала к занимаемому ним объему, кг/м3 .
Паропроницаемость - величина, численно равная количеству водяного пара в миллиграмах, которое проходит за 1 час через слой материала площадью 1 кв м и толщиной 1 м при условии, что температура воздуха у противоположных сторон слоя одинакова, а разность парциального давления водяного пара равняется 1 Па.
Влажность - содержание влаги в материале.

Неорганические материалы и изделия
Минеральная вата
Любой волокнистый утеплитель, получаемый из минерального сырья ( мергелей, доломитов, базальтов и др.)
Минеральная вата высокопористая (до 95% объема занимают воздушные пустоты), поэтому у нее высокие теплоизоляционные свойства.

Минеральная вата

Минеральная вата
Достоинства:
Не горит;
Мало гигроскопична ( при попадании влаги тут же ее отдает, главное - обеспечить вентиляцию);
Гасит шум;
Морозостойкая;
Стабильность физических и химических характеристик;
Длительный срок эксплуатации.
Недостатки:
При попадании влаги теряет теплоизолирующие свойства.
Требует пароизоляционной и гидроизоляционной пленки при монтаже.
Уступает по прочности (например, пеностеклу).

Виды теплоизоляционных изделий и их характеристики

Маты и плиты из базальтовой ваты
Высокие теплоизолирующие свойства;
• Выдерживает высокие температуры, не теряя теплоизолирующие свойства;

Применение базальтовой ваты

Стекловата
Производят ее из волокна, которое получают из того же сырья, что и стекло (кварцевый песок, известь, сода).
Выпускают в виде рулонных материалов, плит и скорлуп (для трубной изоляции).

Пеностекло (ячеистое стекло)
Производят путем спекания стеклянного порошка с газообразователями ( например известняком). Пористость материала 80-95%. Это обуславливает высокие теплоизоляционные свойства пеностекла

Достоинства пеностекла:
Очень прочный материал;
Водостойкий;
Несгораемый;
Морозостойкий;
Легкий при механической обработке, в него даже можно вбивать гвозди;
Срок его службы практически неограничен;
Его «не любят» грызуны
Оно биологически стойкое и химически нейтральное.
Пеностекло

Паронепроницаемость пеностекла - так как оно не «дышит» , это нужно учитывать, при обустройстве вентиляции.
Также его «минус» это цена, оно дорогое. Поэтому оно и применяется в основном на промышленных объектах для плоских кровель (там где нужна прочность, и где оправдываются денежные затраты на такую теплоизоляцию).
Выпускают в виде блоков и плит.
Недостатки пеностекла

Теплоизоляционные материалы
и изделия из различного растительного сырья
Целлюлозная вата - это древесноволокнистый материал, мелкозернистой структуры
Методы укладки материала: мокрый и сухой.

Древесноволокнистые и древесностружечные плиты
(ДВП) и (ДСП) При их производстве в основном используют древесные отходы, которые пропитывают синтетическими смолами или маслами, после чего их термически обрабатывают.
Существуют следующие виды ДВП: твердые, полутвердые, сверхтвердые, изоляционные, изоляционно-отделочные и мягкие.

Полимерная теплоизоляция (Пенопласт)
Термопластичные, размягчающиеся при повторных нагреваниях:
пенополистиролы (ПС);
пенополивинилхлориды (ПВХ).
Термонепластичные, отвердевающие при первом цикле нагревания и не размягчающиеся при повторных нагреваниях:
пенополиуретаны (ПУ);
материалы на основе фенольно-формальдегидных (ФФ);
эпоксидных (Э) и кремнийорганических (К) смол.

Полистирольные пенопласты
Существует два метода производства – беспрессовый и прессовый.
Структура материала – это маленькие, скрепленные между собой шарики.
. Обозначается он как ПС.
Беспрессовый обозначается как ПСБ.

Достоинства:
Прочный;
Высокие теплоизолирующие свойства;
Низкое водопоглощение;
Недорогой;
Удобен в работе;
Практически не имеет нижней тепературной границы применения (поэтому подходит для холодильников).
Недостатки:
Все таки влага проникает в материал , при замораживании, вода разрушает его структуру;
Горючий;
Подвержены деструкции от солнца (желтеют и распадаются);
Не «дышит».

Экструдированный пенополистирол
Свое название получил из за метода, которым его производят (экструзия).
Имеет прочную, цельную микроструктуру, представляющую собой закрытые ячейки, заполненных газом (воздухом).
Ячейки непроницаемы, потому что, в отличие от пенопласта, не имеют микропор, следовательно, проникновение газа и воды из одной ячейки в другую невозможно.

Достоинства:
Прочнее пенопласта;
Самый низкий показатель водопоглощения;
Долговечность, не разрушается под действием солнца, атмосферных осадков;
Низкая теплопроводность;
Инертность (не вступает в реакцию с большинством веществ);
Нетоксичный.
Недостатки:
Горючий;
Не «дышит».

Вспененный полиэтилен
Техническая изоляция на основе полиэтилена. Производят также в виде трубок и листов. Также как техническая изоляция применяется базальтовая вата.

Отражающая теплоизоляция
Изготавливается из вспененного полиэтилена и алюминиевой фольги.
Применяется для:
жилых, промышленных зданий;
бань и саун;
холодильных камер;
изоляция технологического оборудования в промышленности;
изоляция трубопроводов системы отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования;
для транспорта дополнение к основному утеплению.

Достоинства:
Отличные теплоизоляционные свойства, за счет отражения лучистой энергии повышает тепловое сопротивление конструкции, без увеличения ее объёма.
Отличная пароизоляция.
Снижение структурного шума.
Стойкость к корозии, воздействию УФ-излучения, масло- бензо- стоек, не подвержен гниению.
Долговечность материала до 100 лет при сохранении своих свойств.
Удобство монтажа.
Недостатки:
Работает только при наличии воздушной прослойки, важен правильный монтаж.
Лучше теплоизолирует в жаркую погоду, чем в холодную (поэтому широко распространена в жарких странах).
Не всегда есть нужная толщина изоляции, складывать толщину из 2х слоев экономически не эффективно, выгоднее скомбинировать с ватой.
.