4.4.Увлажнение изоляции

Увлажнение изоляции происходит за счет капиллярного вса­сывания свободной влаги и диффузии водяных паров под дейст­вием разности их парциальных давлений в наружной среде и ох­лаждаемом помещении.

Сильное увлажнение повышает коэффициент теплопроводно­сти изоляционного материала в несколько раз прежде всего из-за проникновения влаги в самые мелкие поры материала и образо­вания в них тепловых мостиков (теплопроводность воды в 15—20 раз выше теплопроводности воздуха). При определенных условиях -скапливающаяся влага в изоляции конденсируется, вызывая гние­ние деревянных частей конструкции, а при замерзании —разруше­ние изоляционного материала и ограждения.

Условия возникновения конденсации зависят от взаимного рас­положения по толщине изоляции кривой парциального давления насыщенных паров в воздухе [P_п^΄΄=f(δ)] и кривой парциаль­ного давления паров, диффундирующих через изоляционный слой p_п = f(δ) (рис. 4.5). Кривая насыщенных паров P_п^΄΄=f(δ) опре­деляет максимальную степень насыщения воздуха влагой по тол­щине изоляции при соответствующей температуре t_i. Согласно закону теплопередачи температура t_i распределяется линейно по •толщине однородного изоляционного слоя:

t_i = t_из.н - q(δ_ii/λ_i) (4.3)

где ti — температура в i-м сечении изоляции, К; t_из.н. — температура наружной стенки изоляции, К; q — удельный тепловой поток через изоляционный слой, Вт/м²; δi— толщина слоя, соответствующая i-му сечению, м; λ_i, — коэффици­ент теплопроводности слоя, Вт/ (м- К).

Температура t_из.н наружной и внутренней t_{из вн} поверхности изоляции

t_{из .н} = t_н – k_из(t_н – t_вн)1|α_н (4 4)

t_{из .вн} = t_вн – k_из(t_н – t_вн)1|α_вн (4 5)

где t_н,t_вн — температура соответственно наружного воздуха и воздуха в охлаж­даемом помещении, К; k_из — коэффициент теплопередачи изолирующего слоя,. Вт/(м²-К); α_и, α_вн — коэффициенты теплопередачи со стороны наружной в внутренней поверхности изоляции, Вт/(м²-К).

Таким образом, зная температуру наружного воздуха t_н и воз­духа объекта охлаждения t_вн, по формулам (4.3) — (4.5) можно найти распределение температуры t_i по толщине изоляционного слоя (рис. 4.5, а), а следовательно, и распределение насыщенных паров P_п"=f (б) по толщине изоляции (рис. 4.5, б, в] (исполь­зуя таблицы водяного пара).

Поток водяного пара W_n (кг/м), диффундирующий через од­нородную стенку,

W_п = (μ/δ)F(p_н – p_вн) (4 6)

где μ — коэффициент паропроницаемости однородной стенки толщиной δ; F —-площадь поверхности стенки, м².

Из условия стационарности потока водяного пара, диффунди­рующего через стенку,

W_n/ F = (μ/δ) (p_н – p_вн) = (μ/δ_i) (p_н – p_пi) (4 7)

где р_аi — парциальное давление водяного пара в i-м сечении.

Из (4.7) следует

P_пi = p_н - (4 8)

Рис. 4.5. Изменение параметров влажного воздуха в изолирующей стенке

Выражение (4.8) показывает, что P_п=f (δ) для однородной стенки в координатах δ — р изменяется по линейному закону (см. рис. 4.5, б, в).

Возможны два случая взаимного расположения кривых р_п" = f(δ) и p_п = f(δ):

а) кривые р_п" = f (δ) и p_n=f (δ) не пересекаются (см. рис. 4.5,б), т. е. р_пi">р_пi для любых сечений. В этом случае конден­сации не будет;

б) на некотором участке р_п"<р_п (см. рис. 4.5, в).

Тогда имеется участок, в котором может происходить конден­сация. Он определяется путем проведения касательных к кривой p_п΄'=f (δ) из точек р_н и р_вн. Слой изоляции толщиной ef назы­вается зоной конденсации.

Для устранения зоны конденсации в изолирующей конструкции предусматривают пароизоляционный слой, размещение которого с теплой стороны ограждения позволяет снизить парциальное давле­ние диффундирующих паров воды и избежать конденсации (рис. 4.6, б).

В случае установки пароизоляционного слоя с холодной сто­роны (со стороны охлаждаемого помещения) парциальное дав­ление диффундирующих паров существенно повышается (рис. 4.6, в), в связи с чем увеличивается и зона конденсации. Однако иногда для защиты изоляции от воды, выделяющейся в объектах охлаждения при некоторых технологических процессах, паро- и гидроизоляцию устанавливают и с холодной стороны.

Рис. 4.6. Влияние пароизоляции на зону конденсации в изолирующей стенке:

а —без пароизоляции; б — пароизоляция с теплой стороны ограждения; в - то же с холодной стороны ограждения; ( е - f) - зона конденсации.

Гидроизоляционное покрытие не всегда предохраняет изоляцию от увлажнения, а лишь резко уменьшает возможность проник­новения в нее паров воды. Кроме того, наличие различных неплот­ностей, трещин и т. д. еще более снижает паро- и гидросопротивляемость изоляционной конструк­ции, Так, трещина размером 25Х2,5 мм в пароизоляционном слое снижает его сопротивляемость диффузии водяных паров почти в 3 раза.

Для осушения изоляции иногда применяют специальные установки — дегидраторы. Их действие заключается в удалении влаги из изоляции до момента ее конденсации. С этой целью в изоляционной конструкции, непо­средственно за зашивкой, располагают осушающие слои с канала­ми (рис. 4.7), по которым прокачивается сухой воздух. Движущий­ся воздух поглощает влагу, благодаря чему диффундирующие во­дяные пары с теплой стороны не могут стать насыщенными.

Рис. 4.7. Устройство осушающих слоев: борта (а) и второго дна (б):

1-изоляционный материал; 2 - осушающий слой; 3 — гидроизоляционная бумага; 4 - зашивка; 5 - Z-образные пластины

Таким образом исключается конденсация водяных паров. Применение дегидраторов позволяет уменьшить толщину изоля­ции и тем самым увеличить объем рефрижераторных трюмов при­мерно на 5%. Наиболее эффективно их используют при перевозке неохлажденных грузов и при работе судна в тропиках.

При отсутствии дегидраторов и признаках сильного увлажне­ния изоляции на практике иногда проводят нижние сверления в изоляционной конструкции, отогревают ее, спускают воду и затем тщательно заделывают отверстия битумной мастикой, краской или другим пригодным для этих целей материалом.