Теплоизоляционные материалы

Тепловая изоляция в тепловых аппаратах применяется для уменьшения потерь тепла аппаратами и снижения температуры облицовочных поверхностей, а в холодильной технике — для уменьшения притока тепла в холодильные камеры, шкафы, прилавки и т. д. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции должен быть в пределах 0,03— 0,05 Вт/(м • К), а объемная масса — 30—250 кг/м3. Материалы должны иметь микропористую структуру с объемом пор 90—98%. Кроме того, такие материалы должны плохо увлажняться, быть достаточно прочными, морозостойкими, не подвержены поражению микроорганизмами и не являться питательной средой для грызунов, не поглощать запахи, а затем их выделять, быть трудносгораемыми, а при воздействии открытого пламени не образовывать токсических веществ. Рыхлые теплоизоляционные материалы с низкой объемной плотностью имеют лучшие теплоизоляционные свойства. Однако чем ниже объемная плотность, тем менее термостойкими они являются. Поэтому для тепловых аппаратов надо применять сравнительно плотные изоляционные материалы: шлаковату, стекловолокно, порошковый кизельгур, торф, войлок, альфоль, асбестовую ткань, минеральную вату и др. В холодильной технике широко применяются такие материалы, как шлаковата, пенополистирол, пенополиуретан, пенобетон, минеральные плиты на битумной основе, керамзит, древесноволокнистые плиты и др.

Пенополистирол ПС-ЕС выпускают в виде плит или фасонных изделий, например, полуцилиндров и сегментов, используемых для теплоизоляции холодильных трубопроводов и аппаратов. Материал изготавливают на основе сырья синтетического происхождения. Он обладает многими ценными свойствами: малой объемной массой, высокой прочностью, низкой теплопроводностью и паропроницаемостью, незначительным увлажнением при контакте с водой, морозостойкостью — все это делает его одним из лучших материалов для низкотемпературной теплоизоляции. Материал легко обрабатывается и распиливается по длине и толщине.

Пенобетон — камневидный пористый материал, выпускающийся в виде плит и блоков различной объемной массы. Его изготавливают на основе цемента. Материал паропроницаем и легко увлажняется.

Керамзит — зернистый засыпной материал с максимальным размером частиц овальной и круглой формы 5— 50 мм; получается путем формовки и обжига глины. В зависимости от размера зерен меняются его объемная масса и коэффициент теплопроводности.

Перспективным материалом для теплоизоляции холодильников являются органические искусственные материалы — пенопласты, поропласты, которые получают путем вспенивания синтетических смол. В качестве пенообразователя применяют бикарбонат натрия, карбонат аммония, хлористый метилен, хладоны.

Пенополиуретан наносят на трубопроводы и строительные конструкции путем заливки или напыления. Напыление смеси производят пистолетом-распылителем. Объем исходной смеси при этом увеличивается в 30—35 раз. Это позволяет получать изоляционные конструкции из готовых плит или изготавливать их на месте производства работ путем заливки жидких компонентов материала в изолируемую полость, например, между наружными и внутренними ограждениями стен.

Возможно и напыление исходных жидких материалов на поверхность изолируемых конструкций, где они самопроизвольно вспениваются и затвердевают. Это позволяет получать бесшовную однослойную теплоизоляционную конструкцию любой заданной толщины с минимальным количеством крепежных деталей, так как теплоизоляционный слой имеет высокие прочностные показатели и прекрасное сцепление (адгезию) со строительными конструкциями.

Технология изготовления пенополиуретана позволяет заполнять его поры газами (например, хладонами), теплопроводность которых меньше, чем у воздуха. Коэффициент теплопроводности хладононаполненных пенополиуретанов составляет 0,02 Вт/(м • К).

Замена минерального волокна на вспененный полиуретан и полистирол снижает удельное энергопотребление на 20— 30%. Наряду с вспенивающимся пенополиуретаном применяют формальдегидно-мочевинный пенопласт (ФМП) "Пиатерм" (мипора). ФМП изготавливают путем смешивания жидких компонентов, в результате чего образуется стабильная пена, в которую впрыскивается эмульсия смолы. В жидкотекучем состоянии пена подается в заполняемое пространство, где затем затвердевает.

Ввиду того что трубопроводы холодильных установок имеют низкую температуру, они увлажняются водяными парами из воздуха, что вызывает их коррозию. Для защиты теплоизоляции от увлажнения применяют паро- и гидроизоляционные материалы: битумы, толь, рубероид, гидроизол, пергамин и др.

Теплоносители

Все теплоносители, используемые на предприятиях общественного питания, в зависимости от класса оборудования могут быть подразделены на три следующие группы:

· теплоносители для непосредственного контакта с пищевыми продуктами — вода, водяной пар, жир, влажный воздух;

· теплоносители для обогрева пищевых продуктов через поверхность нагрева — вода, водяной пар, продукты сгорания топлива;

· так называемые промежуточные теплоносители, служащие для передачи теплоты от источника тепла (газовых горелок, электронагревательных элементов и т. п.) к пищевым продуктам, — вода, водяной пар, высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ), минеральные масла и др.

С точки зрения технической и экономической целесообразности применения промежуточные теплоносители должны иметь большую теплоту парообразования, малую вязкость, высокие температуры при малых давлениях и возможность регулирования температуры, а также быть дешевыми и доступными и не вызывать коррозию оборудования, что приводит к снижению эксплуатационных расходов.

Водяной пар как теплоноситель находит большое распространение вследствие высокого коэффициента теплоотдачи при конденсации и большой теплоты парообразования. Кроме того, постоянная температура конденсации при заданном давлении дает возможность поддерживать постоянный температурный режим.

Пар получают при испарении и кипении воды. Испарение происходит с поверхности воды; его интенсивность возрастает с увеличением температуры воды и уменьшением влажности воздуха. При определенной температуре воды парообразование происходит по всей ее массе. Этот процесс называется кипением, а температура, при которой происходит парообразование по всей массе, — температурой кипения. В процессе кипения температуры воды и пара одинаковы. Температура кипения воды зависит от давления: с увеличением давления температура повышается.

Различают пар насыщенный и перегретый. Насыщенный пар может быть сухим и влажным.

Сухим насыщенным паром называется пар, который при температуре насыщения (кипения) не содержит капелек жидкости. Он не устойчив, так как при незначительном охлаждении превращается во влажный пар, а при нагревании при постоянном давлении — в перегретый.

Влажным насыщенным паром называется пар, содержащий в своем составе капельки жидкости. Он характеризуется степенью сухости. Степенью сухости называется отношение массы сухой части насыщенного пара к общей массе данного насыщенного пара.

Влажностью пара называется отношение массы капелек жидкости к общей массе пара.

В качестве промежуточных теплоносителей при нагреве до высокой температуры (выпечка, жарка) используются так называемые высокотемпературные органические теплоносители, к которым относятся дифенильная смесь и диарилметаны: дитолилметан (ДТМ) и дикумилметан (ДКМ).

Минеральные масла — это темные или светло-коричневые жидкости, не имеющие запаха, которые являются продуктами переработки нефти и применяются в качестве теплоносителей в некоторых аппаратах. Это такие масла, как вапор-Т, компрессионные, цилиндровые и др. Температура кипения минеральных масел находится в пределах от 250 до 300°С и в тепловых аппаратах они находятся только в однофазном (жидком) состоянии. К недостаткам минеральных масел относятся значительное возрастание вязкости при длительном использовании и разложение под действием температуры, что приводит к образованию на поверхности нагрева пленки, ухудшающей теплообмен. Интенсивность теплоотдачи от масла к стенке в 4—6 раз ниже, чем от конденсирующихся водяных паров. Чтобы размеры теплового аппарата не были слишком велики по сравнению с аппаратами, обогреваемыми водяным паром, рубашку масляного аппарата заполняют почти полностью. Значительное количество масла в рубашке теплового аппарата увеличивает его инерционность и снижает КПД.

Выбор того или иного вида теплоносителя в тепловом аппарате осуществляется на основе технической и экономической целесообразности. Техническая целесообразность определяется размерами аппарата, возможностью автоматизации процесса нагрева, диапазоном регулирования мощности, скоростью нагрева, безопасностью работы аппарата, КПД, простотой обслуживания и ремонта аппарата.

Экономическая целесообразность определяется дешевизной и доступностью теплоносителя, его нейтральностью к металлам и продуктам, долгосрочностью работы без изменения физико-химических свойств, низкими эксплуатационными расходами.

В конечном итоге окончательный выбор теплоносителя зависит от целевого назначения теплового аппарата, условий его эксплуатации, надежности и профессионального уровня обслуживающего персонала.

Вопросы для самоконтроля.

1.Перечислите требования к теплоизоляционным материалам.

2.Дайте определение теплоносителям.

3.Обоснуйте необходимость применения теплоизоляционных материалов в конструкции теплового оборудования.