Изоляция труб - Pipe insulation

Изоляция труб и изоляция здания показаны вместе во время строительства и после завершения в многоквартирном доме в г. Онтарио, Канада.

Изоляция труб является тепловой или же акустический изоляция, используемая на трубопроводе.

Приложения

Контроль конденсации

Если трубы работают при температурах ниже температуры окружающей среды, существует вероятность того, что водяной пар может конденсировать на поверхности трубы. Известно, что влага способствует возникновению многих различных типов коррозия, поэтому предотвращение образования конденсата на трубопроводе обычно считается важным.

Изоляция трубы может предотвратить образование конденсата, так как температура поверхности изоляции будет отличаться от температуры поверхности трубы. Конденсации не будет при условии, что (а) изоляционная поверхность находится выше температуры точки росы воздуха; и (b) изоляция включает некоторую форму барьера для водяного пара или замедлителя схватывания, который предотвращает прохождение водяного пара через изоляцию с образованием на поверхности трубы.

Замораживание труб

Поскольку некоторые водопроводные трубы расположены на улице или в неотапливаемых помещениях, где температура окружающей среды может иногда опускаться ниже точки замерзания воды, любая вода в трубопроводе может потенциально замерзнуть. Когда вода замерзает расширяется и это расширение может вызвать отказ системы трубопроводов любым из множества способов.

Изоляция труб не может предотвратить замерзание стоячей воды в трубопроводах, но может увеличить время, необходимое для того, чтобы произошло замерзание, тем самым снижая риск замерзания воды в трубах. По этой причине рекомендуется изолировать трубопроводы от риска замерзания, а местные правила водоснабжения могут требовать применения изоляции трубопроводов для снижения риска замерзания труб.^[1]

Для данной длины труба с меньшим внутренним диаметром удерживает меньший объем воды, чем труба с большим диаметром, поэтому вода в трубе с меньшим диаметром будет легче (и быстрее) замерзнуть, чем вода в трубе с большим диаметром ( предполагая эквивалентные среды). Поскольку трубы с меньшим внутренним диаметром представляют больший риск замерзания, изоляция обычно используется в сочетании с альтернативными методами предотвращения замерзания (например, регулируя электронагреватель кабель или обеспечение постоянного потока воды по трубе).

Сохранение энергии

Изолированный трубопровод горячего водоснабжения и обратки на газовом котле

Поскольку трубопроводы могут работать при температурах, далеких от температуры окружающей среды, скорость тепловой поток от трубы связано с разницей температур между трубой и окружающим окружающим воздухом, тепловой поток от трубопроводов может быть значительным. Во многих ситуациях это тепловой поток нежелательно. Применение теплоизоляции труб приводит к термическому сопротивлению и снижает тепловой поток.

Толщина теплоизоляции трубы, используемой для экономии энергии, различается, но, как правило, трубы, работающие при более экстремальных температурах, демонстрируют больший тепловой поток, и применяется большая толщина из-за большей потенциальной экономии.^[2]

Расположение трубопроводов также влияет на выбор толщины изоляции. Например, в некоторых обстоятельствах трубопроводы системы отопления в хорошо изолированном здании могут не нуждаться в изоляции, поскольку тепло, которое «теряется» (то есть тепло, которое течет из трубы в окружающий воздух), может считаться «полезным» для отопления. здание, так как такое «потерянное» тепло будет эффективно задерживаться структурная изоляция так или иначе.^[3] И наоборот, такие трубопроводы могут быть изолированы, чтобы предотвратить перегрев или ненужное охлаждение в помещениях, через которые они проходят.

Защита от экстремальных температур

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

Поскольку температура поверхности изоляции отличается от температуры поверхности трубы, обычно такая, что поверхность изоляции имеет «менее экстремальную» температуру, изоляция трубы может использоваться для приведения температуры прикосновения к поверхности в безопасный диапазон.

Контроль шума

Трубопровод может служить каналом для шум перемещаться из одной части здания в другую (типичный пример этого можно увидеть с трубопроводом для сточных вод, проложенным внутри здания). Звукоизоляция может предотвратить передачу шума, воздействуя на влажный стенка трубы и выполнение функции акустической развязки везде, где труба проходит через неподвижную стену или пол и где труба механически закреплена.

Трубопроводы также могут излучать механический шум. В таких условиях отрыв шума от стенки трубы может быть достигнут за счет звукоизоляции с использованием высокоплотного звуковой барьер.

Факторы, влияющие на производительность

Относительные характеристики изоляции труб в любом конкретном случае могут зависеть от многих факторов. Основными факторами являются:

• Теплопроводность (значение "k" или "λ")
• Поверхность излучательная способность (значение "ε")
• Сопротивление водяному пару (значение "μ")
• Толщина изоляции
• Плотность

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

Материалы

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

Минеральная вата

Минеральные ваты, включая каменную и шлаковую вату, представляют собой неорганические нити минерального волокна, скрепленные вместе с использованием органических связующих. Минеральная вата способна работать при высоких температурах и при испытаниях показывает хорошие показатели огнестойкости.^[4]

Минеральная вата используется во всех типах трубопроводов, особенно в промышленных трубопроводах, работающих при более высоких температурах.^[5]

Стекловата

Стекловата представляет собой высокотемпературный волокнистый изоляционный материал, похожий на минеральную вату, в котором неорганические пряди стекловолокна связаны между собой связующим.

Как и другие виды минеральной ваты, изоляция из стекловаты может использоваться для тепловых и акустических задач.^[6]

Гибкие эластомерные пены

Это гибкие резиновые пенопласты с закрытыми порами на основе NBR или же Резина EPDM. Гибкие эластомерные пенопласты обладают настолько высоким сопротивлением прохождению водяного пара, что они обычно не требуют дополнительных барьеров для водяного пара. Такая высокая паростойкость в сочетании с высокой излучательной способностью поверхности резины позволяет гибким эластомерным пенам предотвращать образование поверхностной конденсации при сравнительно небольшой толщине.

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

Жесткая пена

Изоляция труб из жесткой Фенольный, PIR, или же Полиуретан пенная изоляция распространена в некоторых странах. Изоляция из жесткого пенопласта имеет минимальные акустические характеристики, но может иметь низкие значения теплопроводности 0,021 Вт / (м · К) или ниже, что позволяет соблюдать законодательство по энергосбережению при использовании изоляции меньшей толщины.^[7]

Полиэтилен

Полиэтилен представляет собой гибкую пенопластовую изоляцию, которая широко используется для предотвращения замерзания труб бытового водоснабжения и уменьшения потерь тепла из труб бытового отопления.

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

Ячеистое стекло

100% стекло, изготовленное в основном из песка, известняка и кальцинированной соды.

Аэрогель

Кремнезем Аэрогель изоляция имеет самую низкую теплопроводность среди всех имеющихся в продаже изоляционных материалов. Хотя ни один производитель в настоящее время не производит секции труб из аэрогеля, можно обернуть покрытие из аэрогеля вокруг трубопроводов, позволяя им выполнять функции изоляции труб.

В настоящее время использование аэрогеля для изоляции труб ограничено.

Расчет теплового потока и R-значение

Тепловой поток, проходящий через изоляцию трубы, можно рассчитать, следуя уравнениям, изложенным в стандарте ASTM C 680.^[8] или EN ISO 12241^[9] стандарты. Тепловой поток определяется следующим уравнением:

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

Где:

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

Для расчета теплового потока необходимо сначала рассчитать тепловое сопротивление ("R-значение ") для каждого слоя изоляции.

Для изоляции труб R-значение зависит не только от толщины изоляции и теплопроводности («k-value»), но также от внешнего диаметра трубы и средней температуры материала. По этой причине чаще используется значение теплопроводности при сравнении эффективности изоляции труб, и R-значения изоляции труб не подпадают под действие Федеральной торговой комиссии США. Правило R-ценности.

Тепловое сопротивление каждого изоляционного слоя рассчитывается по следующей формуле:

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

Где:

• ${\displaystyle D_{e}}$ представляет собой внешний диаметр изоляции,
• ${\displaystyle D_{i}}$ представляет собой внутренний диаметр изоляции,
• ${\displaystyle \lambda }$ представляет собой коэффициент теплопроводности («k-значение») при средней температуре изоляции (для получения точных результатов необходимы итерационные вычисления), и
• ${\displaystyle D_{x}}$ либо ${\displaystyle D_{e}}$ если расчет теплопотерь будет использовать ${\displaystyle D_{e}}$ для расчета площади или ${\displaystyle D_{i}}$ если он будет использовать ${\displaystyle D_{i}}$.

Расчет сопротивления теплопередаче внутренней и внешней поверхностей изоляции является более сложным и требует расчета коэффициентов теплопередачи внутренней и внешней поверхностей. Уравнения для его 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 изоляционных материалов и Firo изоляция предлагаем бесплатные программы, позволяющие рассчитывать тепловой поток через изоляцию труб.

Рекомендации

1. «Требования законодательства Великобритании к изоляции труб по водоснабжению», UK Copper Board, «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-06-30. Получено 2015-06-28.
2. «Руководство по толщине изоляции труб», Ассоциация производителей и поставщиков теплоизоляции, http://tima.associationhouse.org.uk/default.php?cmd=210&doc_category=98
3. «Passiv Haus не требует труб отопления или охлаждения», PassivHaus UK, http://www.passivhaus.org.uk/index.jsp?id=668
4. «Техническое описание минеральной ваты», Rockwool,http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/pipe-section-mat.aspx
5. «Промышленная изоляция Rockwool», Rockwool,http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/process-pipe.aspx
6. «Техническое описание стекловаты», Knauf,http://www.knaufinsulation.co.uk/solutions/hvac/pipes/hvac_pipes_-_small_bore.aspx
7. «Техническое описание фенольной пены», Европейская ассоциация фенольной пены,http://www.epfa.org.uk/properties.htm В архиве 2016-05-23 в Португальском веб-архиве
8. «Стандарт расчета ASTM C 680». Американское общество испытаний и материалов.
9. «Стандарт расчета EN ISO 12241». Международная организация по стандартизации.

внешняя ссылка

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