Материал для теплоизоляции выбирается в зависимости от его предполагаемого использования. Например, в некоторых сценариях наиболее важной является термическая устойчивость, в других случаях – водонепроницаемость, а иногда важной становится способность теплоизоляции обеспечить расчетные параметры в условиях пиковой нагрузки и так далее. Когда речь идет о системах отопления, водоснабжения, вентиляции и кондиционирования для индивидуальных, общественных и промышленных зданий, всё чаще предпочтение отдается теплоизоляции, сделанной из материалов с закрытой ячеистой структурой, таких как синтетический каучук и вспененный полиэтилен. Этот выбор обусловлен такими преимуществами, как хорошие теплотехнические характеристики, низкая паропроницаемость, простота установки и долговечность.
Что касается задач теплоизоляции, то главной из них является минимизация нежелательного теплообмена между рабочей и окружающей средами. Это позволяет снизить энергетические затраты на подогрев или охлаждение рабочего вещества и повышает энергоэффективность системы. Важным является также защита оборудования, которую обеспечивает техническая изоляция. В зависимости от сферы использования, теплоизоляция предотвращает замораживание системы или образование конденсата на поверхности, а также защищает от воздействия агрессивных сред. Более того, теплоизоляция имеет и дополнительные функции: обеспечивает гидро-, паро- и шумоизоляцию, защищает микроклимат жилых и рабочих помещений от влияния теплового или холодильного оборудования и трубопроводов, а также обеспечивает безопасность случайного контакта человека с горячей или холодной поверхностью.
Техническая теплоизоляция выделяется своим диапазоном температур, в котором она может работать. Этот параметр указывает на то, в каких условиях может использоваться данный материал. Современные ячеистые теплоизоляционные материалы подходят как для низкотемпературных, так и для высокотемпературных инженерных систем. Например, некоторые продукты, основанные на синтетическом каучуке, могут выдерживать короткое время понижения температуры до -200 градусов и повышения до +175 градусов Цельсия.
Другая важная характеристика теплоизоляционного материала – теплопроводность. Она выражается коэффициентом теплопроводности λ, Вт/(м?К), равным количеству энергии, проходящему за 1 с через материал толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур 1 К (1 К = 1 °С). Чем ниже коэффициент теплопроводности материала, тем выше его теплоизоляционные свойства, и достижение расчетных параметров будет обеспечено при меньшей толщине изоляционного слоя. Коэффициент λ не является постоянной величиной и зависит от температуры.
Так, СП-41-103-2000 «Проектирование тепловой изоляции оборудования и трубопроводов» для пенополиэтилена устанавливает расчетное значение λ равным 0,033 Вт/(м?К) для температур до 19 °С, а для температуры 20 °С и выше принята следующая формула:
λ = 0,035 Вт/(м?К) + 0,00018?tср,
где tср – средняя температура теплоизоляционного слоя, рассчитываемая в зависимости от условий эксплуатации.
Поскольку теплопроводность воды выше, чем у воздуха, то при впитывании влаги материала его теплопроводность увеличивается. В отечественных нормативных документах способность материала противостоять проникновению влаги характеризуется паропроницаемостью μ, мг/(м?ч?Па). Она определяется количеством водяного пара, проходящим в течение 1 ч через 1 м2 площади материала толщиной 1 м при разности парциальных давлений на противоположных поверхностях 1 Па. Чем ниже значение паропроницаемости материала, тем менее он влагопроницаем и тем лучше сохраняет свои теплоизоляционные свойства. Значение паропроницаемости теплоизоляционного материала обусловлено, в частности, такими факторами, как замкнутость или открытость ячеек или пор; их размеры; наличие и вид молекулярных связей между ячейками; однородность структуры материала.
Производители и поставщики зарубежных изоляционных материалов используют в качестве характеристики влагостойкости безразмерный коэффициент, называемый фактором сопротивления диффузии водяного пара, или μ-фактором. Он равен отношению паропроницаемостей сухого воздуха и изоляционного материала при одних и тех же условиях. Обозначается μ-фактор тем же символом, что и паропроницаемость, – μ. Для приведения значения μ-фактора (μDIN) к значению паропроницаемости пользуются следующей формулой:
μ = δвозд/μDIN,
где δвозд – паропроницаемость воздуха при данных условиях. Стоит отметить, что паропроницаемость воздуха в малой степени зависит от его температуры, и в практических расчетах ее можно считать константой, равной 0,625 мг/(м?ч?Па). Чем выше значение μ-фактора, тем лучше способность материала противостоять проникновению влаги.
Использование теплоизоляции в инженерных системах зданий и защите оборудования разрешается только при соблюдении соответствующих норм пожарной безопасности. Пожарная опасность строительных материалов, включая теплоизоляцию, оценивается в России согласно горючести, воспламеняемости, способности к распространению пламени (только для поверхностных слоев крыш и полов), дымообразованию и токсичности.
Строительные нормы и правила (СНиП) 21-01-97 "Пожарная безопасность зданий и сооружений" разделяют материалы на негорючие и горючие, причем горючие делятся на четыре группы: слабогорючие (Г1), умеренногорючие (Г2), обычногорючие (Г3) и сильногорючие (Г4). Негорючие материалы не требуют дополнительной оценки пожарной опасности и могут использоваться без ограничений.
В целом, современная высококачественная теплоизоляция из синтетического каучука и пенополиэтилена относится к Г1-Г2 группам горючести. Использование специальных противопожарных покрытий, таких как алюминиевая фольга, стекловата или минеральные волокна, может улучшить пожарные свойства материала.
В прошлом для производства синтетического каучука и пенополиэтилена широко использовались галогенизированные углеводороды - фреоны. Однако из-за ужесточения требований к экобезопасности большинство производителей наполняемых материалов отказались от использования фреонов в производственных процессах.
Лидеры мирового рынка производства технической теплоизоляции из синтетического каучука выпускают продукты, которые можно использовать в температурном диапазоне от -50 до +105 °C. Они обладают заданными характеристиками: коэффициент теплопроводности λ при 0 °C не превышает 0,036 Вт/(м⋅°C), коэффициент сопротивления диффузии водяного пара μ не менее 7000 и плотностью 30-100 кг/м3. Плюс, они производят продукты, которые могут работать при температурах до 150 °C, и материалы, сохраняющие теплоизоляционные свойства при температурах до -200 °C.
Синтетический каучук обладает уникальной эластичностью, которая облегчает установку, и может быть укреплен с помощью специального клея, создающего сложный шов, похожий на основной материал, процесс известен как "холодная сварка".
Теплоизоляция на основе пенополиэтилена популярна на российском строительном рынке. Она используется при температурах от -80 до +105 °C. Ее защитные пленки также широко используются. При этом синтетический каучук предпочтительнее в системах холодного обеспечения, кондиционировании и вентиляции благодаря высокой устойчивости к водяному пару.
Пенополиэтилен отличается высокой износостойкостью, большей, чем у синтетического каучука, механической прочностью. Он химически неактивен, устойчив к воздействию кислот, щелочей и солей металлов, а также озону, плесени и микроорганизмам. Однако его не стоит применять в высокотемпературных системах, поскольку при превышении максимально допустимой рабочей температуры, материал теряет свою структуру. Низкая адгезия требует использования специализированных клеев и строгого соблюдения монтажных требований и эксплуатации.
Некорректно сравнивать пенополиэтилен и синтетический каучук, ссылаясь на то, что один материал лучше другого. В конечном итоге выбор между двумя опциями зависит от свойств конкретного материала и условий эксплуатации оборудования. Например, для "холодных" приложений доступны продукты на основе обоих материалов. Если речь идет о мощном холодильном или вентиляционном оборудовании, работающем в непрерывном режиме без больших изменений температуры, то использование теплоизоляции из пенополиэтилена может помочь сэкономить деньги. Но если стоит задача обеспечить теплоизоляцию оборудования меньшей мощности, которое работает в режиме пиковой нагрузки с частыми включениями и выключениями, то каучуковая теплоизоляция, обладающая высокой эластичностью и небольшим линейным тепловым расширением, была бы более предпочтительной.
Вспененная теплоизоляция доступна в виде труб различного диаметра, труб на бухтах (только каучук), листов, рулонов, лент и жгута разной толщины. Продукция может быть самоклеящейся, а трубы могут иметь технологический разрез для облегчения установки. К тому же, некоторые компании предлагают жесткие внешние оболочки для защиты от механических повреждений или для декоративной цели. Эти оболочки могут быть изготовлены из алюминия, оцинкованной стали, ПВХ и других материалов.
Большинство производителей теплоизоляции из вспененных материалов предлагают различные аксессуары и инструменты для установки, включая специализированные клеи, растворители, пластиковые зажимы для фиксации продольных швов на пенополиэтиленовых трубках, армированные и алюминиевые самоклеящиеся ленты, стусла для фасонной резки трубок и ножи.