9.2. Тепло- и гидроизоляция холодильников

Для уменьшения теплопритоков в камеры холодильника их ограждения тщательно изолируют. Тепловая изоляция, уменьшая приток теплоты через ограждения, снижает нагрузку на холодильное оборудование, уменьшает потребность в холоде, в результате чего сокращаются расходы на эксплуатацию холодильной установки. Тепловая изоляция также способствует уменьшению усушки продуктов, более длительному сохранению их высокого качества.

Телоизоляционные материалы

Главным требованием к теплоизоляционному материалу является его малая теплопроводность. В холодильной технике используются материалы с коэффициентом теплопроводности = 0,04...0,2 Вт/(мК). Кроме того, теплоизоляционные материалы должны обладать малой объемной массой, незначительными гигроскопичностью, водопоглощением и паропроницаемостью, хорошей морозоустойчивостью, стойкостью против поражения грибками и грызунами, огнестойкостью, а также достаточной механической прочностью, позволяющей выдерживать удары, вибрацию во время транспортировки и эксплуатации.

Все теплоизоляционные материалы имеют пористую структуру. Поры заполняются воздухом, который имеет очень низкий коэффициент теплопроводности (_в= 0,023 Вт/(мК)). Однако, именно такое строение большинства теплоизоляционных материалов порождает низкую их механическую прочность, высокую гигроскопичность и паропроницаемость.

Различают теплоизоляционные материалы неорганического и органического происхождения. К наиболее распространенным материалам первой группы следует отнести:

–  пенобетон (цементное тесто со вспененным канифольным маслом), = 0,12...0,14 Вт/(мK);

–  пеностекло (пористый материал, полученный спеканием раздробленного стекла с газообразователями), = 0,10...0,15 Вт/(мК);

–  минеральные плиты (тонкие стекловидные волокна, пропитанные битумной пастой с последующей формовкой, прессованием и сушкой), = 0,08...0,1 Вт/(мК);

–  туф и пемза (материалы вулканического происхождения), = 0,10...0,13 Вт/(мК).

Перечисленные выше материалы изготовляются на специализированных предприятиях в виде плит, блоков, скорлуп, сегментов нормированных размеров. Для изоляции полов и покрытий широко используют шлаки и керамзитовый щебень (= 0,14...0,20 Вт/(мК).

Наилучшим теплоизоляционным материалом органического происхождения, несомненно, является пробка (кора пробкового дуба) и материалы на ее основе – экспанзит и импрегнированные плиты, = 0,04...0,07 Вт/(мК). Однако из-за высокой стоимости эти материалы не получили широкого распространения. Чаще встречаются: торфяные плиты (прессованный малоразложившийся торф – сфагнум),= 0,06...0,07 Вт/(мК);

–  древесные опилки и доски, = 0,15...0,35 Вт/(мК);

–  пенопласты ПХВ-1, ПХВ-2 (пена полихлорвиниловой смолы с наполнителем), = 0,04...0,05 Вт/(мК);

–  многочисленные пенополистиролы, пенополиуританы, мипора и др., = 0,04...0,08 Вт/(мК). Их общим недостатком является горючесть и повышенная пожароопасность.

Через ограждения холодильника проникает не только теплота, но и влага. Это может быть капельная влага атмосферных осадков или влага из грунта.

Но наиболее характерным для ограждений холодильника является проникновение водяных паров из наружного воздуха. Водяные пары проникают в холодильник под действием разности парциальных давлений пара в теплом наружном и холодном внутреннем воздухе. По мере проникновения водяных паров температура их понижается в соответствии с падением температуры в толще изоляции, а при достижении точки росы пар превращается в воду, увлажняя при этом материал теплоизоляции. А это очень плохо, так как, с одной стороны, резко возрастает коэффициент теплопроводности изоляционного материала (ведь теплопроводность воды и водного льда во много раз выше теплопроводности сухой изоляции!), а с другой – снижается механическая прочность изоляционного материала. Для защиты теплоизоляционного слоя от увлажнения в конструкции ограждения предусматривают слой пароизоляционного материала. Этот слой наносят с теплой стороны теплоизоляционной конструкции.

В качестве пароизоляционных материалов используют известные рулонные материалы – толь, рубероид, пергамин, борулин (для горизонтальных поверхностей), а также некоторые пастообразные материалы – битумы, битумные эмульсии и пасты.

В свете изложенного типичные конструкции изолированного пола и наружной стены камеры холодильника с отрицательными температурами представлены на рис. 9.3.

Следует отметить, что в последнее время при строительстве холодильников небольшой емкости с успехом применяется изоляционно-строительная конструкция типа «сэндвич», а в бытовой холодильной технике – газонаполненная и вакуумная теплоизоляция. Подробнее об этом можно прочитать в журнале «Холодильная техника» и других периодических изданиях.

Важной инженерной задачей является правильный выбор толщины теплоизоляционного слоя в ограждениях. Ведь, с одной стороны, если принять слишком толстый слой теплоизоляции, это приведет к существенному возрастанию капитальных затрат при строительстве холодильника. С другой стороны, слишком малая толщина изоляции предопределит большие теплопритоки в камеры через наружные ограждения холодильника, что повлечет за собой резкое увеличение расхода электроэнергии при его эксплуатации. Таким образом, выбор толщины теплоизоляционного слоя в ограждениях холодильника представляет оптимизационную задачу.

Рис. 9.3.  Конструкция изолированного пола (а) и наружной стены холодильника (б): а – пол на сухом песчаном грунте: 1 – асфальтобетон; 2 – бетон и армированный бетон; 3 – гидроизоляция; 4 – шлакобетон; 5 – шлак; б – наружная стена камеры с отрицательными температурами: 1 – штукатурка; 2 – кирпичная кладка, 3 – пароизоляция; 4 – теплоизоляция; 5 – отделочный слой штукатурки.

Для такого расчета, прежде всего, необходимо принять строительно-изоля- ционную конструкцию ограждения, толщину каждого отдельного слоя ограждения, а также материал теплоизоляции. Для наружной стены холодильника (рис. 9.3) можно записать уравнение для коэффициента теплопередачи:

, (9.1)

где ₁и₂– коэффициенты теплообмена от наружного воздуха к стенке и от стенки к воздуху камеры, соответственно, Вт/(м²·К);

_i– толщина соответствующих слоев, м;

_i– коэффициент теплопроводности соответствующих слоев. Вт/(м·К).

Здесь все значения величин известны, кроме значений kи₄.

Решим это уравнение относительно искомой толщины слоя теплоизоляции ₄:

, (9.2)

предварительно задавшись некоторым рекомендованным (нормативным) значением коэффициента теплопередачи k_н. Другими словами, определим из (9.2) такую толщину теплоизоляции₄, которая обеспечит нормативный коэффициент теплопередачиk_н. Последний выбирается из справочной литературы в зависимости от разности температур наружного воздуха и воздуха в камере [2, с. 356; 3, с. 180].

При использовании тепловой изоляции, изготовленной из стандартных плит или блоков, требуемую по расчету толщину слоя теплоизоляции не всегда можно точно выполнить. В таких случаях ее округляют в большую сторону до значения, кратного толщине изготовляемых плит или блоков. Если, например, в качестве теплоизоляционного материала используется стандартная плита толщиной 0,1 м, а по расчету требуется ₄= 0,26 м, то принимают толщину теплоизоляции в три слоя (0,30 м). Коэффициент теплопередачи в этом случае станет несколько меньшеk_ни его следует пересчитать в соответствии с принятой толщиной теплоизоляции.

Действительное значение коэффициента теплопередачи k_дв этом случае определяют по формуле:

, (9.3)

где _из– принятая толщина теплоизоляции (в нашем случае_из= 0,30 м).

Такие расчеты необходимо выполнить для большинства ограждений камер холодильника. В случае реконструкции старых холодильников действительный коэффициент теплопередачи k_дследует рассчитать по формуле (9.3) с учетом «старения» материала теплоизоляции.