Применение энергоэффективной газонаполненной структуры для сохранения теплоты в трубопроводе

На настоящий момент обеспечение качественного и энергоэффективного теплоснабжения потребителей тепловой энергии является основной задачей коммунального хозяйства, так как это одна из наиболее затратных ее областей. При транспортировке теплоноситель в трубопроводе несет существенные потери тепла, порой достигающие 35% тепловой энергии, что влечет за собой негативные экономические последствия, которые неблагоприятно сказываются не только на отрасли, но и на потребителе. Одно из них – рост тарифов. Для того чтобы минимизировать тепловые потери энергетическая политика РФ ставит перед собой задачи внедрения энергосберегающих технологий.

Сегодня для решения этой проблемы существует множество методов выполнения изоляции труб, имеющих единое целевое назначение. Для этого применяются материалы, обладающие низким коэффициентом теплопроводности. Наиболее часто используются минеральная вата, пенополистирол и пенополиуретан.

Применение этих материалов способствует уменьшению конвекции теплового излучения труб отопительной системы с землей или воздухом. Все применяемые с этой целью материалы должны соответствовать требованиям, закрепленных в СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов» [1]:

• низкое значение коэффициента теплопроводности – определяющее условие пригодности материала к теплоизоляции (не более 0,07 Вт/(м ·°С)) ;
• высокая термостойкость – способность материала сохранять свою структуру и физические характеристики в условиях высоких (для населения – 105°C, на промышленных предприятиях – до 700°C) температур, не вступая в реакцию с контактируемыми веществами;
• паропроницаемость материала должна иметь значения, исключающие возможность накопления влаги в конструкции в процессе ее эксплуатации;
• химическая стойкость – способность материала устойчиво реагировать на органические вещества;
• долговечность;
• биостойкость и отсутствие токсичных выделений при эксплуатации.

Для повышения энергоэффективности работы тепловых сетей рекомендуется использовать принципиально новую теплоизоляцию, которая позволит сохранить низкие теплопотери и сэкономить на количестве изоляции.

В качестве теплоизоляционного материала рекомендуется использовать базальтовую (каменную) вату, коэффициент теплопроводности которой составляет λ=0,038 Вт/(м*К). . Теплозащитные свойства данного материала обусловлены воздушными порами, заключенными между волокнами. Ячейки, покрывающие поверхность каменной ваты, заполнены газом.

Наиболее доступными и распространенными наполнителями воздушных пор, применяемые в энергосберегающих технологиях, является углекислый газ, кислород и азот. В целях сохранения теплоты, часто в качестве наполнителя для ячеек газонаполненной структуры используется углекислый газ, так как имеет наиболее низкий коэффициент теплопроводности (табл.1)

Таблица 1

Базальтовая вата представляет собой расплавленный камень базальт, который при нагреве переходит в жидкое состояние. Расплавленная масса подается в центрифугу, где раздувается для получения длинных волокон. После чего они спрессовываются между собой в плиту. Использование данного материала низкой плотности (35 кг/м³) обусловлено доступными и оптимальными теплофизическими показателями, а также низкой стоимостью.

Главными преимуществами такого вида теплоизоляции является: паропроницаемость, большое термическое сопротивление, способность выдерживать высокий температурный режим, хорошая степень отталкивания влаги и, следственно, защита от коррозии, долговечность.

К недостаткам каменной ваты относится то, что при попадании воды в утеплитель существенно повышается его теплопроводность, из-за чего падают теплоизоляционные показатели.

Для устранения данного минуса энергоэффективную теплоизоляцию необходимо покрывать дополнительным слоем алюминиевой фольги. Функция, которой заключается не только в отражении теплового и светового излучения, но и в защите теплоизоляционного материала от влаги.

В табл. 2 приведены показатели коэффициента теплопроводности для трубопровода изолированного теплоизоляцией и комбинированного материалом, соответственно.

Таблица 2

Благодаря тому, что энергоэффективная теплоизоляция имеет невысокий коэффициент теплопроводности (соответственно большое термическое сопротивление) можно использовать меньшее количество базальтовой ваты, следовательно, это приведет к существенной экономии слоя теплоизоляции трубопровода.