Изоляция внутренних трубопроводов

В. Горелов

Теплоизоляция внутренних трубопроводов позволяет не только экономить энергоресурсы, но и увеличивать срок эксплуатации труб, защищая материал, из которого они произведены, от внешних воздействий. Однако, применение изоляции требует от проектировщиков, монтажников и других специалистов грамотного подхода к подбору утеплителя и конструкции системы. Об этом — в предлагаемой статье

Основное назначение технической теплоизоляции – свести к минимуму нежелательный теплообмен между рабочей и окружающей средами (табл. 1). Этим достигается снижение энергетических затрат на подогрев (охлаждение) теплоносителя (хладагента) и повышается энергоэффективность системы. Другая важная задача – защита оборудования. В зависимости от области применения, техническая изоляция препятствует размораживанию системы или образованию конденсата на поверхности (для этого необходимо, чтобы температура на внешней поверхности изоляционного покрытия была выше точки росы), воздействию агрессивных сред. Наряду с вышеперечисленными основными задачами решаются и другие: гидро- паро и шумоизоляция, защита микроклимата жилых и рабочих помещений от непредусмотренных воздействий со стороны теплового или холодильного оборудования и трубопроводов, безопасность случайного контакта человека с горячей или холодной поверхностью.

Таблица 1. Результаты «экономии» на изоляции

Причина	Следствие
1. Неизолированные трубопроводы системы ГВС	Охлаждение горячей воды (некомфортная эксплуатация, повышение затрат на дополнительный подогрев воды). Снижение температуры воды создает идеальные условия для размножения бактерий
2. Неизолированные трубопроводы системы холодного водоснабжения	Нагрев холодной воды, что отражается на ее качестве, включая бактериальную чистоту, появление конденсата и стекание воды. Последнее может привести к повреждению параллельно проложенных труб, протечкам воды в перекрытиях и т.п.
3. Отсутствие изоляции обвязки теплогенератора в котельной	Непроизводительные потери тепла, опасность получения ожогов

Материалы для теплоизоляции внутренних систем отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования индивидуальных, общественных, промышленных зданий отличаются друг от друга стоимостью, эксплуатационными и потребительскими характеристиками. Выбор конкретного материала определяет его назначение. Так, в одних случаях на первое место выходит термическая стойкость теплоизоляции, в других – водонепроницаемость, в третьих – способность теплоизоляции обеспечить расчетные параметры при работе в режиме пиковых нагрузок и т.д.

Наиболее распространенными сегодня теплоизоляционными материалами, которые применяются на трубопроводных системах, являются теплоизоляция из вспененного полиэтилена, вспененного каучука и минеральной ваты. Каждый из этих материалов имеет свои особенности, определяющие преимущественную сферу применения.

Общие качественные характеристики

Эксплуатационные возможности теплоизоляционных материалов, прежде всего, определяются их теплопроводностью. Для количественной характеристики этого параметра введен коэффициент теплопроводности (λ, Вт/м·K), равный количеству теплоты, проводящейся за 1 с через 1 м³ материала, при разности температур на его противоположных поверхностях 1°С.

Несмотря на то, что теплоизоляционные материалы различаются внутренней структурой, общим для всех является наличие в ее объеме многих воздушных полостей, стенки которых образуют волокна или поры, а воздух внутри этих полостей преимущественно и выполняет функцию теплоизоляции. Поэтому такие материалы еще называют газонаполненными. Так как процентное содержание воздуха в разных изоляционных материалах всегда велико (80–99%), теплопроводность их отличается незначительно (табл. 2). Коэффициент теплопроводности возрастает с повышением температуры, поэтому сравнивать их по этому параметру можно только в одинаковых температурных условиях.

Таблица 2. Коэффициент теплопроводности различных изоляционных материалов

Теплоизоляционный материал	λ при 0°C (273 К), Вт/м·K
Минеральная вата	0,032 – 0,056
Вспененный полиэтилен	0,032 – 0,038
Вспененный каучук	0,034 – 0,038
Пенополиуретан	0,030 – 0,043
Пенополистирол	0,030 – 0,042

Воздушные полости в структуре теплоизоляции могут сообщаться с внешней воздушной средой или быть изолированными. В зависимости от этого выделяют материалы с открытыми порами (волокнистая изоляция, твердые пенопласты) и с преимущественно замкнутыми порами (гибкая теплоизоляция – вспененный полиэтилен, вспененный каучук, а также твердые – пенополиуретан, пенополистирол).

Сообщаются или нет воздушные полости материала с внешней средой, имеет большое значение для его теплоизоляционных свойств в условиях повышенной влажности. Коэффициент теплопроводности воды (0,6 Вт/м·K), значительно выше коэффициента теплопроводности воздуха (0,024 Вт/м·K), поэтому если влага проникает в поры и замещает воздух в полостях материала, его теплоизоляционные свойства заметно ухудшаются. Поэтому важной характеристикой для таких материалов является фактор сопротивления диффузии водяного пара (μ), который показывает, во сколько раз материал хуже впитывает из окружающей среды водяные пары, чем воздух.

Наконец, сферу применения их определяет и горючесть конкретного материала. Согласно требованиям для изоляции инженерных коммуникаций в жилых и административных зданиях допускается применение теплоизоляционных материалов, относящихся к группам горючести: НГ – негорючие материалы, не способные к горению в воздухе; Г1 и Г2 – трудногорючие материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника пламени, но не способные самостоятельно поддерживать горение.

Минимальная толщина изоляции в зависимости от материалов, применения и размещения трубопроводов регламентирована в ДБН В.2.5 67:2013 «Отопление, вентиляция и кондиционирование».

Вспененный каучук

Ведущие мировые производители технической теплоизоляции из синтетического каучука (рис. 1) – Armacell (Германия), IK Insulation Group (Италия), NMC (Бельгия), Thermaflex (Нидерланды), Wilhelm Kaimann (Германия). Их ассортимент включает также продукты, способные работать при температурах до 150°С (в пиковом режиме – до 175°С), и материалы, сохраняющие свои теплоизоляционные свойства при понижении температуры до –200°С. Эластичность каучука облегчает монтажные работы, а специальный клей обеспечивает получение прочного клееного шва, не отличающегося по своим свойствам от основного материала (технология получила название «холодной сварки»).

Рис. 1. Изоляция из вспененного каучука

Благодаря относительно большому (12–15%) линейному термическому расширению, каучуковая изоляция способна выдерживать перепады температур, а высокие значения коэффициента сопротивления диффузии водяного пара делают синтетический каучук привлекательным материалом для индустриальных систем холодоснабжения, кондиционирования и вентиляции, для пищевой промышленности. В частности, вспененный каучук применяется для теплоизоляции трубопроводов в системах с перегретой водой и в криогенной технике (до 50°С). Использование его на внутренних трубопроводах инженерных систем коммунального комплекса, в том числе систем отопления, водоснабжения и кондиционирования частных домов, ограничивает высокая относительно аналогов цена этого материала.

Теплоизоляция из вспененного каучука поставляется на рынок в виде трубок (стандартная длина – 2 м) различного диаметра, трубок в бухтах, листов и рулонов, ленты и жгута различной толщины.

Вспененный полиэтилен

Цены на теплоизоляцию из пенополиэтилена (рис. 2) ниже, чем на каучуковую. На украинском рынке этот материал представлен марками Climaflex, Kaiflex, Thermaflex (производство компании Armacell) и др. Применяется пенополиэтилен при температурах от –80 до +105°С. Широко используется покрытие материалов из пенополиэтилена с защитными пленками.

Рис. 2. Изоляция из пенополиэтилена

Материал обладает высокой износостойкостью и большей, чем синтетический каучук, механической прочностью. Он не токсичен и практически инертен химически, не подвержен воздействию кислот, щелочей и солей металлов. Его также отличают высокая озоностойкость, устойчивость к плесени и микроорганизмам. Теплоизоляция из вспененного полиэтилена не применяется в высокотемпературных системах, поскольку при кратковременном превышении верхнего предела рабочих температур (около 110°С) материал оплавляется, теряя свою ячеистую структуру. Невысокая степень адгезии материала диктует необходимость применения специально разработанных клеев и тщательного соблюдения правил монтажа и эксплуатации.

Как и вспененный каучук, теплоизоляция из пенополиэтилена поставляется в виде трубок различного диаметра, которые могут снабжаться технологическим разрезом для облегчения монтажа. Для защиты от механических повреждений, а также в декоративных целях некоторые компании дополнительно предлагают внешние жесткие оболочки, изготавливаемые из алюминия, оцинкованной стали, ПВХ и других материалов.

Минеральная вата

Важным преимуществом теплоизоляционных материалов на основе минеральной ваты является их негорючесть. Верхний предел рабочих температур для минеральной ваты составляет 650°С, а для материалов на основе базальта – 950°С. Эти материалы дешевле вспененных, что делает их перспективными при использовании для теплоизоляции больших площадей. Минусом при применении в помещениях жилых зданий является их меньшая эстетичность по сравнению со вспененными материалами.

Выпускаются минеральные ваты в рулонах или в виде цилиндров различного диаметра. Подобные изделия на украинском рынке представляют компании Ursa (Испания), Paroc (Финляндия), Rockwool (Дания), Isover (Франция). Из отечественных производителей можно упомянуть ООО «ОБИО». К примеру, цилиндры из базальтового волокна покрытые алюминиевой фольгой, которая служит в качестве пароизоляционного слоя, Hvac Section AluCoat T компании Paroc выпускаются толщиной 30–100 мм, внутренний диаметр – 12–612 мм. Длина – 1200 мм (другие типоразмеры поставляются на заказ). Цилиндры имеют липкую полосу, которая позволяет увеличить скорость монтажа и улучшить целостность покрытия. Теплопроводность в сухом состоянии при 25°C – 0,037 Вт/м·К. При проектировании систем внутренних трубопроводов следует учитывать ряд особенностей, в частности, дополнительное пространство для теплоизоляции. Работая с изоляционными материалами, необходимо соблюдать правила их транспортировки и хранения. Если теплоизоляция увлажнена, перед применением ее необходимо просушить (каменные волокна при этом не изменяют свои свойства). Цилиндры из каменной ваты устанавливаются на трубу через внешний продольный разрез и стягиваются с помощью хомутов из стальной проволоки или ленты. При изоляции труб с применением прошивных матов, армированных стальной сеткой, используют проволоку или зажимные скобы. Отводы и колена трубопроводов изолируются матами или сегментами, нарезанными из соответствующих цилиндров.