Жидкокерамическая тепловая изоляция или «жидкий вакуум»?

На заре двигателестроения для реактивных самолетов и ракетоносителей перед проектными институтами появилась существенная проблема: существенное увеличение массы летательных аппаратов и как следствие необходимость совершенствования мощностных характеристик двигателей, используемых топлив и т.д. Данный аспект породил следующую проблему: стенки сопла чрезмерно нагревались продуктами сгорания топлива и выводили последнее из строя. Перед проектными институтами мира (в основном США и СССР) встал вопрос о тепловой изоляции или отводе избыточного теплового потока от стенок сопла при одновременном незначительном увеличении массы летательного аппарата.

Примерно в одно и то же время была применена напыляемая композиция с составом из температуростойких керамических микросфер для снижения нагрева стенок сопла. Данное покрытие было одноразовым и постепенно сгорало, выполняя свои функции. Такой процесс получил название абляция.

Далее уже в 50 – 70 годы 20 века с увеличением эффективности регенеративного охлаждения сопел необходимость в таких покрытиях отошла на второй план, но они нашли свое применение в промышленности разных стран.

На данный момент можно утверждать, что ЖКТИ повсеместно состоит из керамических микросфер, акрилового связующего, уретановых добавок и негорючих составов. С одной стороны все просто, доступно, но так только кажется.

ЖКТИ пришли на российский рынок в начале 90 годов 20 века и можно утверждать, что производителей данных материалов, во-первых, не ждали, во- вторых, не одобрили их появления в рамках здоровой конкуренции, в-третьих, сами производители ЖКТИ вошли на этот рынок явно не с той ноги.

Сколько клавиатур уже сломано в обсуждениях данных покрытий на специализированных и не очень форумах и сообществах с тех пор сложно сосчитать. Вроде бы в одно время внесла ясность в развитие событий статья под названием «Сказка о голом короле», написанная группой, как оказалось не очень «независимых» экспертов (впоследствии все «независимые» эксперты оказались работниками компании, которая занимается поставками одной очень известной марки минеральной ваты).

Затем появилась статья «Ответ на голого короля», в которой было достаточно четко и аргументировано расписано явное очернение производителей ЖКТИ в рамках «здоровой» конкуренции. Но было уже слишком поздно, российские производители ЖКТИ уже сами успели солидно испортить имидж данных покрытий, который остается по сей день довольно плохим из-за заслуг именно российских производителей ЖКТИ.

И все же ЖКТИ или «жидкий вакуум»?

На данный момент нужно четко разделять ЖКТИ, которую можно отнести в раздел тепловая изоляция, и «жидкий вакуум» — дитя маркетологов, желающих продать все что угодно, лишь бы получить свою прибыль. И здесь следует разобраться в нескольких вещах:

1. Вакуумированные микросферы.

Действительно в составе ЖКТИ присутствуют керамические микросферы, внутри которых возможно некоторая степень разряжения. Ни один здравомыслящий производитель не будет утверждать, что в таком маленьком объеме (от 10 до 100 мкм) вакуум. Сточки зрения всемирного равновесия силы природы и банальной физики возмут свое и давление выровняется в любом случае.

Но продавцы «жидкого вакуума» с пеной у рта будут Вам доказывать, что там реально вакуумированные микросферы, а на деле при рассмотрении под микроскопом и анализе состава с помощью рентгенографии, сканирующей электронной микроскопии и локального рентгеноскопического анализа получается, что в составе всего лишь перлит или того хуже котельный шлак (отходы от сжигания угля).

2. Коэффициент теплопроводности.

ЖКТИ в силу своей относительной новизны, минимальной изученности и небольшого опыта применения относятся к разделу теплоизоляционных материалов с коэффициентом теплопроводности порядка 0,07 Вт/м К. Но опять же в силу слабой изученности данных покрытий при практическом использовании многие внедряющие люди предлагают к использованию приведенный коэффициент теплопроводности порядка 0,02-0,023 Вт/м К, который реально получается при опытном использовании и подтверждается любыми замерами.

Продавцы же «жидкого вакуума» в свою очередь декларируют коэффициент теплопроводности своих материалов порядка 0,001 Вт/м К, ссылаясь на общеизвестный справочник Физические величины под редакцией И.С.Григорьева, Е.З. Мейлихова, ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1991 года, в котором представлен коэффициент теплопроводности керамических сфер с давлением 0,13 Па 0,00083 Вт/м К. И ничем подтвердить это соответственно никто не может, т.к. при нанесении почему-то покрытия вдруг не работают (из-за неправильно нанесения, неправильной толщины и т.д., отговорок масса).

На данном этапе стоит всего лишь вспомнить курс школьной физики, из которого можно заключить, что лучший теплоизолятор – это воздух с коэффициентом теплопроводности порядка 0,02-0,023 Вт/м К, а еще лучше вакуумная среда, в которой тепловая энергия передается только излучением, но это уже вопрос следующего раздела.

Всем известны законы передачи тепловой энергии излучением, с этим не возникает проблем.

Среди ЖКТИ есть такой тип тепловой изоляции, который работает на отражение теплового излучения. Потенциальная область использования – тепловая изоляция объектов от теплового солнечного излучения. На данном этапе можно утверждать, что действительно ЖКТИ обладает высоким коэффициентом отражения теплового солнечного излучения (до 95%), но это совершенно другой тип покрытий.

Продавцы же «жидкого» вакуума утверждают, что при нанесении на горячие поверхности для снижения тепловых потерь тепловая энергия через слой данного утеплителя передается излучением и за счет микросфер отражается обратно. Да, частично утверждение верно, но львиная доля потерь тепловой энергии проходит через малоэффективное связующее и стенки микросфер. Тем более помня законы Стефана – Больцмана и Кирхгофа можно утверждать, что на уровнях температур до 300-500 градусов теплопередача излучением мала по сравнению с передачей теплопроводностью и конвекцией.

4. Многофункциональное покрытие.

Среди известных зарубежных производителей ЖКТИ можно четко выделить типы изоляции: тепловая изоляция горячих поверхностей, тепловая изоляция ограждающих конструкций, отражающая изоляция и т.д.

Продавцы же «жидкого вакуума» продают буквально панацею от всего: можно и на трубы, и на стены, и на кровлю, да еще и звук отражать будет…

Продавцы «жидкого вакуума» часто прибегают к «наглядной» демонстрации эффективности рассматриваемых материалов. Фокусов масса: таяние льда на тепловой изоляции и на металлическом кожухе минеральной ваты, аналогичные фокусы с наполовину покрашенным утюгом или электрической плиткой, прикосновение к 100-градусной поверхности тепловой изоляции и пр.

Из всего этого можно уяснить только одно: любая салфетка или бумага повторила бы данный успех, не стоит впадать в ступор, а лишь вспомнить курс физики.

Можно заключить, что единственным реально вытекающим из этого полезным свойством изоляции является низкий коэффициент температуропроводности (отношение коэффициента теплопроводности к теплоемкости), что выражается в свободном тактильном контакте руки и поверхности тепловой изоляции вплоть до 100 градусов. Это ни говорит ни о какой эффективности продукта, а лишь позволяет использовать его в качестве защиты персонала от ожогов в тех местах, где тепловая изоляции невозможна. 6.Стандартная толщина.

Любой представитель производителя ЖКТИ сможет предоставить обоснованный теплотехнический расчет применения рассматриваемой изоляции, пусть и использую некий приведенный коэффициент теплопроводности. И в результате этот расчет сойдется с действительностью.

Представители же «жидкого вакуума» рекомендуют как средство от всех болезней 1 – 3 мм тепловой изоляции без каких-либо расчетов. И при этом никто не задумывается, что если рассматривать цилиндрические объекты, то критический радиус тепловой изоляции наступит гораздо раньше даже 3 мм при заявленном коэффициенте теплопроводности.

7.Состав и связующее.

50% успеха данных материалов кроется в связующем. Как известно, в качестве его используют акрил. Есть одно но: акрил представляет целостную структуру примерно до 120-150 градусов, далее происходит его денатурация и разрушение и в результате продавцы «жидкого вакуума» могут похвастаться только такими объектами:

(фото производителя с первых строк поисковиков, сделанное лично).

Буквально через пару дней после ухода продавцов «жидкого вакуума» потраченные деньги на тепловую изоляцию могут оказаться совсем не на том объекте, на котором были изначально. А если и остались на нем, то температура на их поверхности оставляет желать лучшего, показывая всю «эффективность» покрытия.

Продавцы же настоящего ЖКТИ никогда не посоветуют нанести 3 мм покрытия на трубопровод с 150-градусным теплоносителем, т.к. это приведет как минимум к последствиям выше. Позитивный опыт использования ЖКТИ должен выглядеть так:

В состав настоящего ЖКТИ входит высококачественный (а не обычный для потолочных красок) акрил, уретаны и разнообразные добавки, что позволяет им оставаться работоспособными вплоть до 500 градусов.

В арсенале продавцов «жидкого вакуума» много других «ноу хау»:

— замеры температуры тепловой изоляции специально настроенным личным пирометром;

— замеры температуры тепловой изоляции пока она не высохла;

— суждения об эффективности тепловой изоляции по растаявшему/ нерастаявшему вокруг объекта снегу;

— поддельные отчеты и заключения;

— маркетинговые расчеты сроков окупаемости;

— давление на недостатки современных теплоизоляционных материалов и пр.

Стоит отметить, что ничего подобного Вы никогда не услышите или не увидите на сайте реального производителя ЖКТИ.

Места потенциального применения.

По опыту теплоэнергетика могу сказать, что использование ЖКТИ оправдано лишь в тех условиях, где использование традиционной тепловой изоляции невозможно (регулирующая арматура, помещения с повышенной влажностью, калачи теплообменников и пр.). Также можно использовать для защиты персонала от ожогов.

Ни при каких расчетах и доказательствах нельзя использовать данные покрытия для изоляции магистральных и распределительных трубопроводов, это просто-напросто нецелесообразно.

Отражающую ЖКТИ целесообразно использовать на ограждающих конструкциях зданий, оборудованных системами кондиционирования, цистернах и резервуарах с нефтепродуктами и сжиженными углеводородами для предотвращения испарения и нагрева, резервуары с низкотемпературными теплоносителями и т.д.

Использование ЖКТИ в качестве тепловой изоляции для стен зданий на данный момент слабо изучено, но появляются позитивные отчеты и заключения по применению.

На сегодняшний день в России, СНГ и мире в целом на рынке ЖКТИ существует множество имитаций и подделок. Успешное внедрение качественных американских продуктов сыграло свое дело: данный сегмент рынка стремительно развивается, появилось большое количество отечественных так называемых «аналогов» и «новинок».

Масса производителей российских ЖКТИ в маркетинге своей продукции ведут «нечестную» по отношению к потребителю и конкурентам «игру», приукрашивая и приписывая своей продукции уникальные свойства.

Стоит только перечислить производителей данного продукта: российские – Корунд, Альфатек, Актерм, Инотэк, Изоллат, Астратек, Теплометт, Re-Therm, Магнитерм, ТермоШилд и пр.; зарубежные – Superior Products Vostok, MascoatRussia, Temp Coat, TSM Ceramic – и глаза просто разбегутся…

В любом случае можно посоветовать проанализировать материалы сайта, предоставленные расчеты, по возможности провести пилотное нанесение и уже затем с уверенностью использовать ЖКТИ.

Послесловие от автора.

Статья написана в первую очередь с точки зрения теплоэнергетика, затем уже с точки зрения энергоаудитора, и уже только после этого с точки зрения технического специалиста одного из поставщиком ЖКТИ на российский рынок.

Статья выражает субъективное мнение автора и ни в коем случае не претендует на целостность описания рынка ЖКТИ в России и в мире.