Изоляция труб

Изоляция труб — это тепловая или акустическая изоляция, используемая на трубопроводах.

Приложения

Контроль конденсации

Если трубы эксплуатируются при температуре ниже температуры окружающей среды, существует вероятность конденсации водяного пара на поверхности трубы. Известно, что влага способствует возникновению многих различных типов коррозии , поэтому предотвращение образования конденсата на трубопроводах обычно считается важным.

Изоляция труб может предотвратить образование конденсата, поскольку температура поверхности изоляции будет отличаться от температуры поверхности трубы. Конденсация не произойдет при условии, что (a) температура поверхности изоляции выше точки росы воздуха; и (b) изоляция включает в себя какой-либо барьер для водяного пара или замедлитель, который предотвращает прохождение водяного пара через изоляцию и образование на поверхности трубы.

Замораживание труб

Поскольку некоторые водопроводные трубы расположены либо снаружи, либо в неотапливаемых помещениях, где температура окружающей среды может иногда опускаться ниже точки замерзания воды, любая вода в трубопроводах потенциально может замерзнуть. Когда вода замерзает, она расширяется , и это расширение может привести к выходу из строя трубопроводной системы любым из множества способов.

Изоляция труб не может предотвратить замерзание стоячей воды в трубопроводах, но может увеличить время, необходимое для замерзания, тем самым снижая риск замерзания воды в трубах. По этой причине рекомендуется изолировать трубопроводы, подверженные риску замерзания, а местные правила водоснабжения могут требовать применения изоляции труб к трубопроводам, чтобы снизить риск замерзания труб. ^[1]^[2]

При заданной длине труба меньшего диаметра удерживает меньший объем воды, чем труба большего диаметра, и поэтому вода в трубе меньшего диаметра замерзнет легче (и быстрее), чем вода в трубе большего диаметра ( предполагая эквивалентную среду). Поскольку трубы меньшего диаметра представляют больший риск замерзания, изоляция обычно используется в сочетании с альтернативными методами предотвращения замерзания (например, модулирующий нагревательный кабель или обеспечение постоянного потока воды через трубу).

Энергосбережение

Поскольку трубопроводы могут работать при температурах, значительно отличающихся от температуры окружающей среды, а скорость теплового потока из трубы зависит от разницы температур между трубой и окружающим воздухом, тепловой поток из трубопроводов может быть значительным. Во многих ситуациях такой тепловой поток нежелателен. Применение термоизоляции труб повышает термическое сопротивление и уменьшает тепловой поток .

Толщина тепловой изоляции труб, используемой для экономии энергии, различается, но, как правило, трубы, работающие при более экстремальных температурах, демонстрируют больший тепловой поток, и из-за большей потенциальной экономии применяются более крупные толщины. ^[3]

Расположение трубопроводов также влияет на выбор толщины изоляции. Например, в некоторых случаях трубы отопления в хорошо изолированном здании могут не требовать изоляции, поскольку «теряемое» тепло (т. е. тепло, которое течет из трубы в окружающий воздух) может считаться «полезным» для отопления. здание как таковое «потерянное» тепло в любом случае будет эффективно улавливаться структурной изоляцией . ^[4] И наоборот, такие трубопроводы могут быть изолированы для предотвращения перегрева или ненужного охлаждения в помещениях, через которые они проходят.

Защита от экстремальных температур

Если трубопроводы работают при чрезвычайно высоких или низких температурах, существует вероятность получения травм в случае физического контакта любого человека с поверхностью трубы. Порог боли для человека варьируется, но несколько международных стандартов устанавливают рекомендуемые пределы температуры прикосновения.

Поскольку температура поверхности изоляции варьируется от температуры поверхности трубы, обычно так, что поверхность изоляции имеет «менее экстремальную» температуру, изоляцию трубы можно использовать для приведения температуры прикосновения к поверхности в безопасный диапазон.

Контроль шума

Трубопроводы могут служить каналом для распространения шума из одной части здания в другую (типичный пример этого можно увидеть на трубопроводе сточных вод, проложенном внутри здания). Акустическая изоляция может предотвратить передачу шума, демпфируя стенку трубы и выполняя функцию акустической развязки везде, где труба проходит через неподвижную стену или пол и где труба механически закреплена.

Трубопроводы также могут излучать механический шум. В таких обстоятельствах подавление шума от стенки трубы может быть достигнуто с помощью акустической изоляции, включающей звуковой барьер высокой плотности .

Факторы, влияющие на производительность

На относительные характеристики различных изоляций труб в каждом конкретном случае могут влиять многие факторы. Основными факторами являются:

Теплопроводность (значение k или λ)
поверхности Коэффициент излучения (значение «ε»)
Устойчивость к водяному пару (значение «μ»)
Толщина изоляции
Плотность

Другие факторы, такие как уровень влажности и раскрытие швов, могут влиять на общие характеристики изоляции труб. Многие из этих факторов перечислены в международном стандарте EN ISO 23993. ^{[ нужна ссылка ]}

Материалы

Материалы для изоляции труб бывают самых разных форм, но большинство материалов попадают в одну из следующих категорий.

Минеральная вата

Минеральная вата , включая минеральную вату и шлаковую вату, представляет собой неорганические пряди минерального волокна, соединенные вместе с помощью органических связующих. Минеральная вата способна работать при высоких температурах и при испытаниях демонстрирует хорошие показатели огнестойкости. ^[5]

Минеральная вата используется на всех типах трубопроводов, особенно на промышленных трубопроводах, работающих при высоких температурах. ^[6]

Стекловата

Стекловата — это высокотемпературный волокнистый изоляционный материал, аналогичный минеральной вате, в котором неорганические нити стекловолокна связаны между собой с помощью связующего.

Как и другие виды минеральной ваты, изоляцию из стекловаты можно использовать для тепловых и акустических целей. ^[7]

Гибкие эластомерные пены

Это гибкие вспененные каучуки с закрытыми порами на основе каучука NBR или EPDM . Гибкие эластомерные пенопласты обладают настолько высоким сопротивлением прохождению водяного пара, что обычно не требуют дополнительных барьеров для водяного пара. Такая высокая паростойкость в сочетании с высокой излучательной способностью поверхности резины позволяет гибким эластомерным пенопластам предотвращать образование поверхностного конденсата при сравнительно небольшой толщине.

В результате гибкие эластомерные пенопласты широко используются в трубопроводах систем охлаждения и кондиционирования воздуха. Гибкие эластомерные пенопласты также используются в системах отопления и горячего водоснабжения.

Жесткая пена

изоляция труб из жесткого пенопласта PIR , PIR или PUR В некоторых странах распространена . Изоляция из жесткого пенопласта имеет минимальные акустические характеристики, но может демонстрировать низкие значения теплопроводности 0,021 Вт/(м·К) или ниже, что позволяет соблюдать требования энергосберегающего законодательства при использовании изоляции меньшей толщины. ^[8]

полиэтилен

Полиэтилен – это гибкая вспененная изоляция, широко используемая для предотвращения замерзания труб бытового водоснабжения и снижения теплопотерь из труб бытового отопления.

Огнестойкость полиэтилена обычно соответствует стандарту 25/50 E84 при толщине до 1 дюйма.

сотовое стекло

100% стекло, изготовленное в основном из песка, известняка и кальцинированной соды.Ячеистая изоляция состоит из небольших отдельных ячеек, соединенных между собой или изолированных друг от друга, образуя ячеистую структуру. В качестве основного материала могут использоваться стекло, пластмассы и резина, а также используются различные пенообразователи. Ячеистую изоляцию часто подразделяют на открытую ячейку (ячейки соединяются между собой) или закрытую ячейку (ячейки изолированы друг от друга). Как правило, материалы с содержанием закрытых ячеек более 90% считаются материалами с закрытыми порами.

Аэрогель

Изоляция из кремнеземного аэрогеля имеет самую низкую теплопроводность среди всех промышленных изоляций. Хотя ни один производитель в настоящее время не производит секции труб из аэрогеля, можно обернуть трубу слоем аэрогеля, что позволяет ему выполнять функцию изоляции труб.

Использование аэрогеля для изоляции труб в настоящее время ограничено.

Расчеты теплового потока и значение R

Тепловой поток, проходящий через изоляцию трубы, можно рассчитать, следуя уравнениям, изложенным в стандарте ASTM C 680. ^[9] или EN ISO 12241 ^[10] стандарты. Тепловой поток определяется следующим уравнением:

q={\frac {\Theta _{i}-\Theta _{a}}{R_{T}}}

Где:

$\Theta _{i}$ - внутренняя температура трубы,
$\Theta _{a}$ - внешняя температура окружающей среды, и
$R_{T}$ — суммарное термическое сопротивление всех слоев изоляции, а также сопротивления теплопередаче на внутренней и внешней поверхности.

Чтобы рассчитать тепловой поток, сначала необходимо рассчитать тепловое сопротивление (« R-значение ») для каждого слоя изоляции.

Для изоляции труб значение R зависит не только от толщины изоляции и теплопроводности («значение k»), но также от наружного диаметра трубы и средней температуры материала. По этой причине при сравнении эффективности изоляции труб чаще используют значение теплопроводности, а значения R изоляции труб не подпадают под действие правила FTC США о значениях R. Архивировано 31 декабря 2007 г. на Wayback Machine. .

Тепловое сопротивление каждого слоя изоляции рассчитывается по следующему уравнению:

R={\frac {D_{x}\ln(D_{e}/D_{i})}{\lambda }}

Где:

$D_{e}$ представляет собой внешний диаметр изоляции,
$D_{i}$ представляет собой внутренний диаметр изоляции,
$\lambda$ представляет собой теплопроводность («значение k») при средней температуре изоляции (для получения точных результатов необходимы итеративные расчеты), и
$D_{x}$ либо $D_{e}$ если при расчете теплопотерь будет использоваться $D_{e}$ для расчета площади или $D_{i}$ если он будет использовать $D_{i}$ .

Расчет сопротивления теплопередаче внутренней и внешней изоляционных поверхностей является более сложным и требует расчета коэффициентов теплопередачи внутренней и внешней поверхности. Уравнения для расчета основаны на эмпирических результатах и варьируются от стандарта к стандарту (как ASTM C 680, так и EN ISO 12241 содержат уравнения для оценки поверхностных коэффициентов теплопередачи).

Ряд организаций, таких как Североамериканская ассоциация производителей изоляции и Firo Insulation, предлагают бесплатные программы, позволяющие рассчитывать тепловой поток через изоляцию труб.

Ссылки

^ «Требования к изоляции труб в соответствии с постановлением Великобритании о воде», UK Copper Board, «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 30 июня 2015 г. Проверено 28 июня 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
^ «Советы по предотвращению замерзания труб» .
^ «Руководство по толщине изоляции труб», Ассоциация производителей и поставщиков теплоизоляции, http://timsa.associationhouse.org.uk/default.php?cmd=210&doc_category=98
^ «Passiv Haus не требует труб отопления или охлаждения», PassivHaus UK, http://www.passivhaus.org.uk/index.jsp?id=668. Архивировано 14 августа 2010 г. на Wayback Machine.
^ «Техническое описание минеральной ваты», Rockwool, http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/pipe-section-mat.aspx. Архивировано 22 июля 2012 г. на Wayback Machine.
^ «Промышленная изоляция из минеральной ваты», Rockwool, http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/process-pipe.aspx. Архивировано 18 июня 2012 г. на Wayback Machine.
^ «Техническое описание стекловаты», Кнауф, http://www.knaufinsulation.co.uk/solutions/hvac/pipes/hvac_pipes_-_small_bore.aspx
^ «Техническое описание фенольной пены», Европейская ассоциация фенольной пены, http://www.epfa.org.uk/properties.htm. Архивировано 23 мая 2016 г. в Португальском веб-архиве.
^ «Стандарт расчета ASTM C 680» . Американское общество испытаний и материалов.
^ «Стандарт расчета EN ISO 12241» . Международная организация по стандартизации.

Внешние ссылки

Руководство по проектированию механической изоляции - Национальная изоляционная ассоциация
Значения R в зависимости от изоляционного материала - InspectAPedia

[1] «Требования к изоляции труб в соответствии с постановлением Великобритании о воде», UK Copper Board, «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 30 июня 2015 г. Проверено 28 июня 2015 г. {{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )

[2] «Советы по предотвращению замерзания труб» .

[3] «Руководство по толщине изоляции труб», Ассоциация производителей и поставщиков теплоизоляции, http://timsa.associationhouse.org.uk/default.php?cmd=210&doc_category=98

[4] «Passiv Haus не требует труб отопления или охлаждения», PassivHaus UK, http://www.passivhaus.org.uk/index.jsp?id=668. Архивировано 14 августа 2010 г. на Wayback Machine.

[5] «Техническое описание минеральной ваты», Rockwool, http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/pipe-section-mat.aspx. Архивировано 22 июля 2012 г. на Wayback Machine.

[6] «Промышленная изоляция из минеральной ваты», Rockwool, http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/process-pipe.aspx. Архивировано 18 июня 2012 г. на Wayback Machine.

[7] «Техническое описание стекловаты», Кнауф, http://www.knaufinsulation.co.uk/solutions/hvac/pipes/hvac_pipes_-_small_bore.aspx

[8] «Техническое описание фенольной пены», Европейская ассоциация фенольной пены, http://www.epfa.org.uk/properties.htm. Архивировано 23 мая 2016 г. в Португальском веб-архиве.

[9] «Стандарт расчета ASTM C 680» . Американское общество испытаний и материалов.

[10] «Стандарт расчета EN ISO 12241» . Международная организация по стандартизации.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]