Введение к работе
Актуальность темы диссертации. Одной из наиболее острых проблем развития топливно-энергетического комплекса страны является проблема энергосбережения. От ее успешного решения во многом зависит жизнеспособность экономики России.
Существенную роль в выполнении программы энергосбережения России призвана сыграть высокоэффективная тепловая изоляция, применяемая во всех областях промышленного производства и строительства.
В настоящее время потери теплоты объектами строительного комплекса России составляют около 2 млрд. Гкал/год или 365 млн. т,у.т./год, т.е. около 20% годового производства первичных топливно-энергетических ресурсов России. Вследствие интенсивных тепловлажностных и механических воздействий окружающей среды, недостаточного внимания к качеству проектирования, монтажа, выбору конкурентных тешюизоляциошгых материалов теплозащитные свойства теплоизоляционных конструкций в процессе эксплуатации снижаются и эксплуатационные тепловые потери значительно превышают расчетные. Так, в промышленной изолянии сооружений и оборудования они в 1,25-1,3 раза больше нормативных, а в тепловых сетях - в два раза и достигают 244 млн. Гкал или 44 млн.т.у.т. в год.
В связи с этим, учитывая, что подавляющая часть промышленной изоляции (85-90%) монтируется из волокнистых материалов, задача повышения теплозашцтных свойств тегшоюолвщионных конструкций из них весьма актуальна для решения проблемы энергосбережения.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является исследование комплекса вопросов, связанных с повьішеїшем теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций путем создания оптимальных параметров тепловой изоляции с задшшыми технологическими и физико-механическими характеристиками волокнистых материалов и конструктивных решений, обеспечивающих при эксплуатации мтгамалыше тепловые потери.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
на основе современных представлений о механизме процессов совместного тепло- и массообмена в капиллярно-пористых телах разработать методы расчета эффективной теплопроводности волокнистых материалов в теплоизоляционных конструкциях, позволяющие определять их теплозащитные свойства в зависимости от температурных режимов зксшіуатации, тепдофизических и технологических свойств волокнистой изоляции, геометрии конструкций и ориентации их в пространстве;
провести экспериментальные исследования тепло- и массообменных характеристик волокнистых газонаполненных материалов в конструкциях и разработать методы определения теплопроводности и фильтрационной проницаемости в теплоизоляционных конструкциях цилиндрической формы;
определить характер влажносгаых воздействий окружающей среды на теплоизоляционные конструкции и влияние увлажнения теплоизоляции в процессе эксплуатации на ее теплозащитные свойства;
по результатам исследований подготовить Рекомендации для проектирования и внедрения теплоизоляционных конструкций и изделий (в т.ч. монтажных) из волокнистых газонаполненных материалов с повышенными теплозащитными свойствами.
Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
выявлены особенности тепломассопереноса в теплоизоляционных конструкциях на основе волокнистых материалов для промышленных сооружений, связанные с характером структуры и природы волокнистой изоляции, геометрическими параметрами конструкций и их ориентацией в пространстве, а также температурными параметрами эксплуатации;
определена зависимость фильтрационной проницаемости элементов конструкций из волокнистых материалов, устанавливающая характер конвек-
гивного переноса теплоты во взаимосвязи с основными структурными параметрами теплоизоляционных изделий;
разработаны лабораторные испытательные стенды для определения теплопроводности волокнистых материалов в цилиндрических теплоизоляционных конструкциях при отрицательных и повышенных температурах;
получены новые экспериментальные данные о теплопроводности теплоизоляционного слоя конструкции на основе минерального и базальтового волокна при отрицательной (до -180 С) и повышенной температуре (до 500 С) в зависимости от плотности и диаметра волокна.
Практическое значение работы и ее реализация. Разработан инженерный метод расчета теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций и изделий из волокнистых материалов для промышленной изоляции и программное обеспечение для ее реализации на ЭВМ.
Разработаны рекомендации по повышению теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций (в т.ч. монтажных) которые приняты за основу при формировании соответствующих предложений по разработке и корректировке нормативной документации по проектированшо, изготовлению и монтажу теплоизоляционных конструкций и их элементов, включая [2, 3, 4, 7], вошедшие в программы развития Союза "Концерн СТЕПС" и его организаций.
Результаты работы использованы при обеспечении производства эффективных минераловатных изделий, изготовления и монтажа теплоизоляционных конструкций на промышленных предприятиях и объектах Союза "Концерн СТЕПС" и др. организаций.
Работы диссертанта по конструкционным стеклопластикам, которые вошли в состав исследовашга и разработок, отмеченных Премией Совета Министров СССР по разделу "Разработка научных проблем и внедрение выдающихся достижений науки и техники в области строительства" за 1988 г., были применены при разработке покрытий из стеклопластиков в теплоизоляционных конструкциях сооружений, оборудования и теплотрасс.
6 Достоверность результатов. Достоверность и обоснованность полученных результатов, основных положений и выводов диссертации подтверждается комплексным характером работы (экспериментальные и теоретические исследования), согласованностью теоретических и опытных данных, полученных в настоящей диссертационной работе и в работах отечественных и зарубежных исследователей, а также опытом монтажа и эксплуатации разработанных теплоизоляционных конструкций. На защиту выносятся:
предложения но расчету теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций промышленных сооружений из волокнистых материалов;
результаты испытаний теплопроводности базальтовой и минераловатной тепловой изоляции в конструкциях цилиндрической формы при отрицательной (до -180 С) и повышенной (до 500 С) температурах изолируемой поверхности в зависимости от плотности и проницаемости материалов, полученные на разработанных лабораторных стендах;
рекомендации по повышению теплозащитных свойств теплоизоляционных конструкций, для промышленных сооружений и оборудования;
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технических советах АО "Теплопроект", г.Москва, ноябрь 1999 г., июнь 2000г.; Союза "Концерн СТЕПС", г. Челябинск, март 1999 г., г. Минск, октябрь 1999 г., г. Екатеринбург, март 2000 г.; НТС Госстроя РФ, март 2000 г., ежеквартальных советах руководителей инженерных служб АО "Термостепс", 1999 г, 2000 г.
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 12 работ (в т.ч. 3 монографии), получено 23 авторских свидетельства и патента, из них непосредственно в тексте диссертации использовано 11 публикаций (в т.ч. 3 монографии) и 9 изобретений.
Структура и Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и выводов, списка литературы из 126