Теплопроводность является одной из наиболее важных характеристик при выборе аэрогелевого войлока для проекта промышленной изоляции. Это напрямую влияет на потери тепла, толщину изоляции, температуру поверхности оборудования и долгосрочное-потребление энергии.

Однако сравнение изоляционных материалов из аэрогеля на основе одного значения теплопроводности может ввести в заблуждение. Температура испытания, плотность продукта, толщина, воздействие влаги и качество установки — все это может повлиять на фактические тепловые характеристики.

В этом руководстве объясняется, как измеряется теплопроводность аэрогеля, почему она меняется в зависимости от температуры и что покупатели должны проверить перед размещением заказа.

Что такое аэрогель?

Аэрогелевый войлок, также известный как аэрогелевое одеяло, представляет собой гибкий изоляционный материал, изготовленный путем сочетания кремнеземного аэрогеля с волокнистым армирующим слоем.

Аэрогель кремнезема имеет высокопористую наноразмерную структуру, которая ограничивает передачу тепла за счет проводимости твердого тела, движения газа и конвекции. Армирование волокнами облегчает свертывание, резку и установку хрупкого аэрогеля вокруг труб, резервуаров, клапанов и промышленного оборудования.

По сравнению со многими обычными изоляционными материалами, теплоизоляционный войлок из аэрогеля может обеспечить требуемые тепловые характеристики за счет более тонкого изоляционного слоя. Это делает его особенно полезным, когда пространство для установки ограничено.

Что означает теплопроводность?

Теплопроводность описывает, насколько легко тепло проходит через материал. Обычно это выражается в:

W/(m·K)

Более низкое значение означает, что материал передает меньше тепла и, следовательно, обеспечивает лучшую изоляцию при той же толщине.

Например:

Материал с теплопроводностью0.020 W/(m·K)обеспечивает лучшую изоляцию, чем тот, который рассчитан на0.040 W/(m·K)когда оба тестируются в одинаковых условиях.

Если двум материалам необходимо достичь одинакового термического сопротивления, для материала с более низкой теплопроводностью обычно можно использовать более тонкий изоляционный слой.

Теплопроводность обычно обозначается греческой буквой.λ, или лямбда.

Типичная теплопроводность аэрогелевого войлока

В зависимости от состава, плотности и рабочей температуры промышленный кремнеземный аэрогель обычно имеет теплопроводность примерно:

0,012–0,020 Вт/(м·К) при комнатной температуре или около нее

Это общий эталонный диапазон, а не гарантированное значение для каждого продукта.

Например, теплоизоляция аэрогелевого покрытия на веб-сайте указана с теплопроводностью примерно0,012–0,018 Вт/(м·К) при 25 градусах, в зависимости от выбранного сорта.

Еще один слой аэрогеля толщиной 10 мм для изоляции труб обеспечивает репрезентативные данные проводимости при различных температурах:

Эти цифры показывают важный момент:теплопроводность аэрогелевого фетра непостоянна. Обычно оно увеличивается по мере повышения средней рабочей температуры.

Покупателям следует запросить полную кривую теплопроводности, а не полагаться только на значение комнатной-температуры.

Почему войлок аэрогеля имеет низкую теплопроводность?

Тепло может перемещаться через изоляцию несколькими способами:

Проводимость через твердую структуру

Проводимость через газ внутри пор

Конвекция в больших воздушных пространствах

Тепловое излучение

Войлок из аэрогеля уменьшает эти механизмы-передачи тепла благодаря своей наноразмерной пористой структуре.

Ограниченная твердая проводимость

Аэрогель кремнезема содержит очень небольшое количество твердого материала по сравнению с его общим объемом. Сложная сеть также создает длинный и непрямой путь для прохождения тепла через твердую конструкцию.

Пониженная газопроводность

Поры внутри аэрогеля чрезвычайно малы. Это ограничивает движение и столкновение молекул газа, уменьшая передачу тепла через воздух, содержащийся внутри материала.

Подавленная конвекция

Поскольку поры имеют наноразмерный размер, воздух не может свободно циркулировать внутри структуры аэрогеля. Это существенно ограничивает конвективный теплообмен.

Снижение теплового излучения

Некоторые рецептуры высокотемпературных аэрогелей содержат глушители или другие компоненты, предназначенные для уменьшения радиационной теплопередачи. Это становится все более важным по мере повышения рабочей температуры.

Изменение теплопроводности с температурой

Значение теплопроводности при комнатной-температуре не полностью описывает, как изоляция будет вести себя на горячем трубопроводе или в промышленной печи.

По мере повышения температуры:

Газопроводность обычно увеличивается

Радиационная теплопередача становится более значимой

Эффективная теплопроводность изоляции повышается.

Для достижения целевой температуры поверхности может потребоваться большая толщина.

По этой причине в расчетах теплоизоляции следует использовать значение проводимости при ожидаемом значении.средняя температура, а не просто проводимость при 25 градусах.

Средняя температура обычно оценивается как:

Tm=Th+Tc2T_m=\\frac{T_h + T_c}{2}

Где:

TmT_m=средняя температура

ThT_h=температура горячей- стороны

TcT_c=температура холодной- стороны

Для трубы, работающей при температуре 300 градусов и ожидаемой температуре внешней-поверхности изоляции 40 градусов, приблизительная средняя температура будет равна:

Tm=300+402=170∘CT_m=\\frac{300 + 40}{2}=170^\\circ C

Поэтому теплопроводность, используемая в первоначальных расчетах, должна основываться на данных, близких к 170 градусам -, а не на значении, измеренном при комнатной температуре.

Профессиональный тепловой расчет может потребовать итеративной оценки, поскольку температура поверхности, теплопроводность и общие теплопотери влияют друг на друга.

Теплопроводность против теплового сопротивления

Теплопроводность и тепловое сопротивление связаны, но это не одно и то же.

Термическое сопротивление показывает, насколько сильно определенная толщина сопротивляется тепловому потоку. Для плоского однородного слоя его можно оценить с помощью:

R=dλR=\\frac{d}{\\lambda}

Где:

RR=термическое сопротивление в м²·К/Вт

dd=толщина изоляции в метрах

λ\\lambda=теплопроводность в Вт/(м·К)

Например, аэрогелевый войлок толщиной 10 мм с теплопроводностью 0,020 Вт/(м·К) будет иметь приблизительное термическое сопротивление:

R=0.0100.020=0.50 м2\\cdotpK/WR=\\frac{0.010}{0.020}=0.50\\ \\text{m}^2\\text{·K/W}

Если проводимость того же материала возрастает до 0,028 Вт/(м·К) при более высокой температуре, его расчетное сопротивление становится следующим:

R=0.0100.028≈0,36 м2\\cdotpK/WR=\\frac{0.010}{0,028}\\approx0,36\\ \\text{м}^2\\text{·K/W}

Этот упрощенный пример показывает, почему необходимо учитывать как толщину, так и проводимость при рабочей-температуре.

Фактические расчеты изоляции труб и оборудования также должны учитывать геометрию, коэффициент излучения поверхности, условия окружающей среды, скорость ветра и внешнюю облицовку.

Что влияет на теплопроводность аэрогеля?

1. Рабочая температура

Теплопроводность обычно увеличивается с повышением средней температуры. Всегда запрашивайте данные о проводимости, охватывающие фактический рабочий диапазон проекта.

2. Плотность продукта

Плотность влияет на баланс между проводимостью твердого тела и структурой пор. Продукт с более высокой-плотностью автоматически не является лучшим изолятором, хотя он может обеспечивать повышенную механическую прочность.

3. Содержание аэрогеля

Продукты, продаваемые под общим названием «аэрогелевой войлок», могут содержать различное количество кремнеземного аэрогеля. Более низкое содержание аэрогеля может снизить тепловые характеристики, даже если продукты кажутся похожими.

4. Армирование волокнами

Тип, структура и плотность армирующих волокон влияют на гибкость, механическую прочность и теплопередачу через готовое одеяло.

5. Воздействие влаги

Вода имеет гораздо более высокую теплопроводность, чем неподвижный воздух. Когда обычная волокнистая изоляция впитывает влагу, ее тепловые характеристики могут значительно ухудшиться.

Гидрофобный аэрогелевый войлок предотвращает проникновение-воды. Например, теплоизоляционный войлок из аэрогеля, представленный на веб-сайте, имеет степень гидрофобности не менее 99,6%.

Однако гидрофобность не означает, что вся изоляционная система автоматически становится водонепроницаемой. Швы, проходы и внешняя облицовка должны быть надлежащим образом герметизированы.

6. Сжатие

Чрезмерное сжатие может изменить толщину и внутреннюю структуру одеяла. Если во время установки номинальный слой толщиной 10 мм сжимается до 7 мм, окончательное термическое сопротивление будет ниже, поскольку уложенная толщина была уменьшена.

Материал должен быть надежно закреплен без ненужного сдавливания.

7. Швы и зазоры

Плохо подогнанные соединения могут создавать тепловые мосты и позволять теплу обходить изоляционный слой. Даже материал с низкой-проводимостью не может компенсировать большие зазоры или плохо спроектированные выводы.

При установке нескольких слоев рекомендуется использовать шахматные соединения.

Почему толщина все еще имеет значение

Низкая теплопроводность не исключает необходимости достаточной толщины изоляции.

Обычная толщина аэрогелевого фетра включает в себя:

3 мм

5 мм

6 мм

8 мм

10 мм

Если проект требует большей термической стойкости, можно использовать несколько слоев.

Правильная толщина зависит от:

Рабочая температура оборудования

Требуемая температура внешней-поверхности

Допустимые теплопотери

Размеры труб или оборудования

Температура окружающей среды

Внутренняя или наружная установка

Скорость ветра

Внешняя облицовка

Требования к-защите персонала

Доступное место для установки

Аэрогелевый войлок особенно ценен там, где толстая обычная изоляция не может быть установлена ​​из-за ограниченного зазора, близкого расположения трубопроводов или ограниченного доступа к оборудованию.

Аэрогель-войлок против обычной изоляции

Следующие значения представляют собой общие эталонные диапазоны при комнатной температуре или близкой к ней. Фактические значения зависят от марки продукта и условий испытаний.

Сравнение не означает, что аэрогель — лучший выбор для любого проекта. Традиционные материалы могут обеспечить более низкую первоначальную стоимость материала и могут подойти там, где достаточно места для установки.

Аэрогель-войлок часто рассматривается, когда проект требует:

Уменьшенная толщина изоляции

Меньшие потери тепла в ограниченном пространстве

Хорошая устойчивость к влаге

Легкая установка вокруг сложных форм.

Уменьшенный объем изоляции

Производительность в широком диапазоне температур

Общие промышленные применения

Высокие-Трубопроводы

Аэрогелевый войлок можно обертывать вокруг паровых, технологических и нефтехимических трубопроводов. Его низкая проводимость помогает контролировать потери тепла, не требуя чрезмерно толстого изоляционного слоя.

Нефтегазовые объекты

Он используется для трубопроводов, сосудов и технологического оборудования, где важное значение имеют пространство, воздействие погодных условий и коррозия под изоляцией.

СПГ и криогенные системы

Подходящие марки можно рассмотреть для низко-трубопроводов и оборудования. Выбор материала должен основываться на указанной минимальной рабочей температуре и конструкции системы.

Производство электроэнергии

Изоляцию аэрогелем можно наносить на турбины, котлы, паровые системы и другое оборудование, где требуется энергоэффективность и контроль-температуры поверхности.

Промышленные резервуары и сосуды

Гибкие покрытия легче приспосабливаются к изогнутым поверхностям и сложным профилям оборудования, чем некоторые жесткие изоляционные материалы.

Морское и морское оборудование

Ограниченное пространство для установки и воздействие влаги делают гидрофобную изоляцию с низкой-проводимостью привлекательной для некоторых применений на судах и в море.

Как сравнить данные о теплопроводности

Просматривая таблицы данных поставщиков, проверьте, были ли измерены значения в сопоставимых условиях.

Попросите поставщика подтвердить:

Стандарт испытаний

Средняя температура испытания

Толщина продукта

Плотность продукта

Направление измерения

Кондиционирование образца

Влажность

Испытательная лаборатория или источник отчета

Допуск проводимости

Являются ли цифры типичными или гарантированными значениями

Два поставщика могут указывать разные значения проводимости, поскольку один сообщает о производительности при 25 градусах, а другой использует более высокую среднюю температуру. Меньшее число не обязательно свидетельствует о лучшем продукте, если только условия испытаний не эквивалентны.

Информация, которую необходимо предоставить при запросе предложения

Чтобы получить соответствующую рекомендацию по продукту, покупатели должны предоставить:

Предполагаемое применение

Нормальная рабочая температура

Максимальная и минимальная температура

Диаметр трубы или размеры оборудования

Требуемая температура поверхности

Максимально допустимые теплопотери

Доступное пространство для изоляции

Внутренняя или наружная среда

Воздействие дождя, химикатов или механических повреждений

Требуемая толщина

Ширина рулона и количество заказа

Требования к пожарной безопасности-

Требуемые стандарты испытаний

Метод облицовки или оболочки

Полный ассортимент продукции из аэрогелевого фетра может включать в себя различную толщину, плотность и температурный класс. Окончательный выбор должен основываться на условиях проекта, а не только на значении проводимости при минимальной-температуре в помещении.

Часто задаваемые вопросы

Каков хороший показатель теплопроводности аэрогелевого фетра?

Многие изделия из промышленного аэрогелевого войлока имеют теплопроводность примерно 0,012–0,020 Вт/(м·К) при комнатной температуре или около нее. Фактическое значение зависит от марки продукта и условий испытаний.

Увеличивается ли проводимость аэрогеля при высоких температурах?

Да. Эффективная теплопроводность обычно увеличивается с температурой. Покупателям следует запрашивать значения при нескольких средних температурах, охватывающих предполагаемый рабочий диапазон.

Всегда ли более толстый аэрогель ощущается лучше?

Более толстый слой обеспечивает большую термическую стойкость при неизменных материале и условиях эксплуатации. Однако оптимальная толщина должна определяться на основе тепловых расчетов, ограничений при установке и стоимости проекта.

Может ли аэрогелевый фетр намокнуть?

Гидрофобный аэрогелевый войлок противостоит проникновению жидкости-воды, но швы, поврежденная облицовка и незагерметизированные отверстия могут по-прежнему пропускать влагу в изоляционную систему. Надлежащая защита от атмосферных воздействий по-прежнему необходима.

Можно ли установить два слоя аэрогелевого фетра?

Да. Для достижения необходимой толщины обычно используются несколько слоев. Соединения следует располагать в шахматном порядке, чтобы уменьшить прямые пути нагрева и улучшить общую целостность изоляции.

Всегда ли продукт с самой низкой проводимостью является лучшим выбором?

Не обязательно. Покупатели также должны оценить температурный диапазон, механическую прочность, гидрофобные характеристики, класс пожаробезопасности, допуски на размеры и требования к установке.

Заключение

Аэрогелевый войлок обладает очень низкой теплопроводностью и может обеспечить высокие изоляционные характеристики при меньшей толщине, чем многие традиционные материалы. Однако одной лишь проводимости при комнатной-температуре недостаточно для выбора правильного продукта.

Покупатели должны сравнить значения проводимости при фактической средней температуре проекта, подтвердить метод испытаний и принять во внимание установленную толщину, воздействие влаги, сжатие и конструкцию швов.

Предоставляя полные условия эксплуатации и запрашивая надежные технические данные, покупатели могут выбрать аэрогелевый войлок, который обеспечивает необходимый баланс тепловой эффективности, толщины укладки, долговечности и стоимости проекта.