Несколько другой подход должен быть к оптимизации функцио­нальных свойств теплоизоляционных материалов и конструкций при тепловой изоляции горячих поверхностей оборудования и тру­бопроводов. В данном случае хотя и действует общая закономер­ность снижения теплопроводности за счет повышения пористости материала и уменьшения размера пор, однако в силу увеличения доли конвективного и лучистого видов теплопередачи оптимизация функциональных свойств тепловой изоляции имеет свои специфиче­ские особенности.

На рис. 20.1 приведены результаты исследования теплопроводно­сти муллитокремнеземистой ваты и изделий на ее основе в зависи­мости от их средней плотности и температуры. Анализируя кривые, можно выявить следующие закономерности: для каждой температу­ры существует оптимальное значение средней плотности материала, при котором он характеризуется наиболее низкой теплопроводно­стью; по мере снижения значений рабочей температуры оптимум средней плотности материала смещается плево, т. е. в сторону мень­ших значении этого показателя. Поэтому, оптимизируя теплопро­водность, необходимо вести расчет по заданной температуре и в

Зависимости от ее значении принимать среднюю плотность тепло­изоляционного материала.

Отраженная на графике закономерность характерна для всех жаростойких теплоизоляционных материалов, однако абсолютные значения К от рср и температуры для каждого материала будут раз­личными, зависящими от многих факторов: фазового состояния

(кристаллическое, стекловид­ное) и минералогического соста­ва твердой фазы, вида и харак­теристик пористой структуры. Следовательно, для получения наибольшего эффекта от приме­нения теплоизоляционного ма­териала необходимы точные сведения о его свойствах.

При тепловой изоляции го­рячих поверхностей трубопро­водов теплопроводность мате­риала играет решающую роль. Напомним, что Q = т. е.

Количество теплоты, проходя­щее через материал толщиной б, прямо пропорционально пло­щади F. Увеличивая толщину теплоизоляционного слоя на трубопроводе, мы увеличиваем и площадь теплоотдачи F. Мо­жет случиться так, что, невзи­рая на увеличение термическо­го сопротивления материала, теплопотери через теплоизоля­цию возрастут за счет прироста площади F.

Следовательно, тепловая изоляция горячих криволиней­ных поверхностей (трубопрово­дов, цилиндрических и шарообразных емкостей) должна выполнять­ся нз высокоэффективных теплоизоляционных материалов, характе­ризующихся низкой теплопроводностью — до 0,06 Вт/(м-°С). Только в этом случае теплоизоляционная конструкция будет иметь высокие функциональные свойства и обеспечивать экономию теп­лоты. При этом чем меньше диаметр трубопровода (чем больше кривизна поверхности), тем больше прирост площади наружной поверхности теплоизоляции прн увеличении толщины теплоизоля­ционного слоя, тем меньшей теплопроводностью должен характе­ри юна і вся материал

Второй весьма важной характеристикой, определяющей уро­вень функциональных свойств жаростойких теплой ю. мяцнОпных
материалов, является теплоемкость. Чем ниже теплоемкость ог­раждающих конструкций тепловых агрегатов, тем меньше требует­ся теплоты и времени на их разогрев до рабочей температуры и тем меньшей тепловой инерцией они характеризуются. Последний фактор очень важен для создания легкорегулируемых тепловых режимов в тепловом агрегате, имеющих часто решающее значение для правильного проведения того или иного пиропроцесса. Как известно, количество теплоты, необходимое для нагревания мате­риала, прямо пропорционально удельной теплоемкости данного материала н его массе. Поэтому, снижая массу ограждения тепло­вого агрегата, можно уменьшать его теплоемкость. Следовательно, для снижения теплоемкости тепловых агрегатов весьма эффектив­но применять легкие жаростойкие материалы. Особенно эффек­тивно использование для этих целей жаростойких волокон и мате­риалов на их основе.

Технико-экономическая сторона задачи по оптимизации высо­котемпературной теплоизоляции неразрывно связана с термиче­ской стойкостью и температуростойкостью жаростойких высокопо­ристых материалов — свойствами, определяющими их продолжи­тельность службы. Здесь следует выделить два аспекта: межре­монтный период работы тепловых агрегатов и сбережение ценного, как правило, дефицитного и дорогостоящего огнеупорного сырья. Увеличение межремонтного периода неразрывно связано с повы­шением производительности теплового агрегата, снижением себе­стоимости выпускаемой продукции и сбережением материальных ресурсов.

Таким образом, основные принципы оптимизации тепловой изо­ляции горячих поверхностей оборудования и трубопроводов можно сформулировать следующим образом. Для достижения наиболее высокого техннко-экономического эффекта необходимо: функци­ональные свойства применяемого теплоизоляционного материала (теплопроводность, теплоемкость, термо - и температуростойкость) строго сочетать с параметрами работы теплового агрегата (рабо­чей температурой, периодичностью нагревания и охлаждения, агрессивностью среды) и конструктивными особенностями горячих поверхностей.

Мировая практика свидетельствует о высокой эффективности жаростойких волокон и материалов на их основе. В связи с этим в нашей стране и за рубежом волокнистые жаростойкие материалы находят все большее применение, вытесняя традиционные огне­упорные изделия с ячеистой структурой. Таким образом, основны­ми методологическими принципами оптимизации функциональных свойств теплоизоляционных материалов и технико-экономических факторов их производства и применения являются основные зако­номерности получения высокопорнстых материалов с заданной по­ристії структурой и свойствами, наиболее полно отвечающими требованиям эксплуатации в данной теплоизоляционной конст­рукции.

Функциональные свойства и технико-экономические факторы производства и применения акустических (звукопоглощающих и звукоизоляционных) материалов и изделий методологически сле­дует рассматривать с позиций наилучшего сочетания функциональ­ных свойств материалов, зависящих от их пористого строения, усло­вий эксплуатации (характеристик шума) и технико-экономических показателен, учитывающих затраты па производство материала и его установку в конструкцию. Иными словами, пористая структура материала и сама конструкция, предназначенная тля поглощения или предотвращения распространения звука, должны создаваться целенаправленно, для конкретных условий с цслыо достижения максимального эффекта по гашению шума при минимально возмож­ных затратах.

Здесь следует отметить, что по являющее большинство звукопо­глощающих материалов и изделий должно выполнить еще и дс ;ора - тнвпые функции. Поэтому основными задачами при получении та­ких материалов и изделии являются: целенаправленное формирова­ние их пористой структуры и придание лицевым поверхностям разнообразных форм и декоративных фактур с целью обеспечения возможности создания многообразия внутренних интерьеров в раз­личных помещениях общественных, административных и других зданий.