Produkty

Charakterystyka izolacji stosowanych w instalacjach sanitarnych i grzewczych

Korozja powodująca przecieki z rur, rozsadzenia instalacji wodnokanalizacyjnej na skutek mrozów czy uciążliwe dźwięki dochodzące z rur – wyeliminować te zdarzenia może współczesna technika instalacyjna. Nałożenie otulin na rury jest jednym ze sposobów ich izolowania. Właściwie dobrana izolacja zapobiega skraplaniu się pary wodnej na ściankach rur instalacji wodnej, zapewnia im ochronę przed czynnikami atmosferycznymi (głównie korozją napowierzchniową), wycisza szumy i drgania, a w przypadku rur z gorącą wodą lub parą wodną stanowi zabezpieczenie przed oparzeniem. Odpowiednio termicznie i akustycznie zaizolowane rury wodnokanalizacyjne oznaczają brak kłopotów na przyszłość, wygodę i oszczędności, które wynikają z mniejszego zużycia ciepłej wody, redukcji strat ciepła grzewczego, przedłużenia żywotności instalacji i zmniejszenia stopnia jej awaryjności.

Typowa izolacja cieplna rurociągu składa się z dwóch zasadniczych elementów:

• warstwy izolacyjnej wykonanej z materiału o wysokiej izolacyjności cieplnej, na przykład wełna szklana, wełna mineralna, spieniony poliuretan, spieniony polietylen, spieniony kauczuk syntetyczny, styropian,  
• płaszcza ochronnego chroniącego materiał izolacyjny przed oddziaływaniami zewnętrznymi - w szczególności przed uszkodzeniami mechanicznymi, wilgocią, działaniem agresywnych czynników chemicznych, promieniowaniem UV itp.

Otulina termoizolacyjna najczęściej zawiera w sobie oba wymienione elementy - stanowi więc kompletny system termoizolacji. Produkowany asortyment otulin termoizolacyjnych odpowiada stosowanym w praktyce instalatorskiej średnicom rur, natomiast dostępne grubości otulin pozwalają na izolację czynników o różnych temperaturach. Obliczenia minimalnej grubości otuliny dokonuje się w oparciu o normę PN-85/B-02421. Grubość ta waha się w granicach 6-40 mm dla otulin stosowanych przy izolowaniu mediów o temperaturze do 130°C.

Dostępne na rynku otuliny termoizolacyjne można sklasyfikować według kilku kryteriów.

§         Pierwsze, najbardziej oczywiste kryterium, to temperatura stosowania otulin. Możemy tutaj wyodrębnić trzy zasadnicze grupy - otuliny pracujące w temperaturach ujemnych i pokojowych, otuliny stosowane do temperatury +95°C oraz otuliny pracujące w wysokich temperaturach (powyżej 100°C). Każda z tych grup, oprócz zasadniczego zadania - ograniczenia strat energii musi charakteryzować się innymi cechami. Na przykład otuliny pracujące na przemian w temperaturze ujemnej i pokojowej muszą dodatkowo chronić przed kondensacją pary wodnej.

§         Drugim kryterium klasyfikacyjnym może być dziedzina, w której otuliny są stosowane - na przykład otuliny do instalacji centralnego ogrzewania, ciepłej i zimnej wody, instalacji klimatyzacyjnych, rurociągów przesyłowych itp.

§         Wreszcie trzecie kryterium - materiał, z którego wykonana jest otulina termoizolacyjna. Według tego kryterium otuliny dostępne na polskim rynku możemy podzielić na otuliny wykonane ze:

-         spienionego polietylenu,

-         spienionego poliuretanu elastycznego,

-         spienionego poliuretanu sztywnego,

-         wełny mineralnej,

-         wełny szklanej,

-         spienionego kauczuku syntetycznego,

-         styropianu (spienionego polistyrenu),

-         dwóch lub więcej wymienionych materiałów.

Otuliny ze spienionego polietylenu
Otuliny te mogą być stosowane do izolacji instalacji ciepłej i zimnej wody, centralnego ogrzewania, instalacji klimatyzacyjnych. Stosowane są przeciętnie w temperaturach od -45°C do +105°C, współczynnik przewodności cieplnej λ (mierzony w temperaturze +40°C) wynosi od 0,035 do 0,045 W/(m·K). Charakteryzują się one dodatkowo wysoką elastycznością, całkowitym brakiem toksyczności, wysokim współczynnikiem oporu dyfuzyjnego pary wodnej. Produkowane są zwykle w kolorze szarym o różnych odcieniach, bez dodatkowego płaszcza ochronnego. Niektórzy producenci oferują otuliny z pianki polietylenowej powleczone zewnętrznie folią polietylenową.

Otuliny ze spienionego poliuretanu
Można tutaj wyróżnić dwie podgrupy - otuliny wykonane z poliuretanu półsztywnego i otuliny wykonane z miękkiej pianki poliuretanowej. Otuliny te są wykorzystywane zwykle do izolowania instalacji centralnego ogrzewania, węzłów cieplnych, wymienników ciepła. Mogą być stosowane w temperaturach nie przekraczających 135°C, a współczynnik przewodności cieplnej λ mierzony w temperaturze +40°C wynosi od 0,030 do 0,040 W/(m·K). Produkowane są zwykle z płaszczem ochronnym wykonanym z PCV. Dostępne są też kształtki na kolana i zawory. Otuliny poliuretanowe mają wysoki stopień tłumienia hałasów związanych z przepływem. Nie zaleca się stosowania tego typu otulin do rurociągów napowietrznych oraz w innych miejscach szczególnie narażonych na zawilgocenie i oddziaływanie czynników zewnętrznych.

Otuliny z wełny mineralnej
Materiał, z którego wykonana jest otulina, to produkt niepalny i trwały, odporny na działanie mikroorganizmów i gryzoni. Jest on nietoksyczny i przepuszcza parę wodną, jednak należy chronić go przed zawilgoceniem - wilgotna wełna mineralna traci swoje właściwości izolacyjne. Wyróżnia się wełnę skalną (czasem też nazywaną bazaltową), produkowaną z włókien mineralnych - tłucznia bazaltowego, kamienia wapiennego itp. oraz wełnę szklaną, produkowaną z piasku, skaleni, szkła, dolomitu i boraksu. Wełna skalna, zwykle o nieco ciemniejszej barwie, ma odporność ogniową nawet do 1000°C. Natomiast wełna szklana o jasnożółtym zabarwieniu jest bardziej sprężysta, ale charakteryzuje się niższą odpornością ogniową - do 600°C. Otuliny z wełny mineralnej stosuje się jako izolację jedno- lub wielowarstwową wysokotemperaturowych rurociągów parowych, wodnych i ciepłowniczych w energetyce, przemyśle chemicznym, petrochemii itp. Są one oferowane także z wewnętrznym płaszczem aluminiowym - zmniejsza to jednak maksymalną temperaturę stosowania do około 200°C. Współczynnik przewodności cieplnej λ dla otulin z wełny mineralnej, mierzony w temperaturze +200°C, wynosi około 0,060 W/(m·K).

Otuliny ze spienionego kauczuku syntetycznego

Otuliny te, szczególnie zalecane do izolowania instalacji i systemów klimatyzacyjnych oraz chłodniczych, charakteryzują się wysoką elastycznością, współczynnikiem przewodności cieplnej λ mierzonym w temperaturze -60°C wynoszącym około 0,030 W/(m·K), a w temperaturze +40°C około 0,040 W/(m·K). Wysoki współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej (m powyżej 7000) skutecznie zapobiega kondensacji pary wodnej. Dodatkowo otulina ze spienionego kauczuku syntetycznego charakteryzuje się wysoką zdolnością tłumienia dźwięków związanych z przepływem medium wewnątrz rurociągu.

Otuliny ze styropianu (spienionego polistyrenu)

Otuliny i kształtki ze styropianu charakteryzujące się wyjątkową lekkością i precyzją kształtów, o współczynniku przewodności cieplnej λ mierzonym w temperaturze +40°C w granicach od 0,030 do 0,040 W/(m·K), stosowane są do izolacji termicznej różnego typu rurociągów z przepływającym medium o temperaturze do +80°C.

Dodatkowe funkcje otulin termoizolacyjnych

Otuliny termoizolacyjne oprócz swego podstawowego zadania, jakim jest minimalizacja strat ciepła, spełniają wiele dodatkowych funkcji. Wśród nich na szczególną uwagę zasługują:

• poprawa żywotności i trwałości instalacji. Zastosowanie otulin termoizolacyjnych odizolowuje rurociąg od oddziaływań zewnętrznych. Stanowi także ochronę przed uszkodzeniami mechanicznymi, co jest ważne dla rurociągów wykonanych z tworzyw sztucznych lub miedzi;  wyciszenie hałasu. Przepływ medium przez rurociąg powoduje szum, który jest szczególnie uciążliwy dla osób stale przebywających w pobliżu rurociągu z powodu jednostajności natężenia dźwięków o niewielkim zakresie częstotliwości. Po pewnym czasie przestaje on być rejestrowany przez zmysły, nie zaprzestaje jednak szkodliwie oddziaływać na organizm człowieka. Doświadczenie mówi, iż przed hałasem najskuteczniej chronią otuliny składające się z co najmniej dwóch warstw wykonanych z różnych materiałów. Skuteczne są też otuliny ze spienionych tworzyw sztucznych o dużych grubościach - powyżej 20 mm;
• estetyczny wygląd rurociągu;
• zmniejszenie uciążliwości w pomieszczeniach, przez które przechodzi rurociąg. Straty ciepła na rurociągach oprócz skutków ekonomicznych powodują także wzrost temperatury w pomieszczeniach, przez które przechodzi rurociąg na przykład z parą lub ciepłą wodą.

Przykładowe obliczenie minimalnej grubości izolacji

Na podstawie normy PN-85/B-02421 obliczmy jaką grubość powinna mieć izolacja rurociągu o średnicy 2 cale kładzionego wewnątrz budynku mieszkalnego, wykonana z materiału o współczynniku λ_tm = 0,04422 W/(mK) zbadanym w temperaturze 58,5°C (śr. temperatura izolacji). Przewidywana temperatura czynnika to 80°C.

Zastosujemy wzory:

d=[d_z·(C-1)]/2

gdzie:
d – grubość izolacji,
d_z – średnica zewnętrzna izolowanego rurociągu (w przykładzie 0,06m).

ln C = [P·k· λ_tm·(t_c-t_o)]/q

gdzie:

k - współczynnik korelacji zależny od miejsca kładzenia rurociągu (w przykładzie 1,86),

λ _tm- współczynnik przewodzenia ciepła dla średniej temperatury izolacji,
t_c - temperatura wewnątrz rurociągu (w przykładzie 80°C),
t_o - temperatura otoczenia (w przykładzie 20°C),
q - wartość strumienia cieplnego przechodzącego przez izolację cylindryczną (pobrany z tabeli z omawianej normy).

Dokonajmy obliczeń: ln C = [3,14·1,86·0,04422·(85-20)]/32 = 0,5006
C = 1,6496

Chcąc spełnić wymagania normy, należy zastosować otulinę grubości 20 mm, wykonaną z materiału o współczynniku (mierzonym w temperaturze 60°C) równym 0,044W/(m·K).

Wpływ jakości montażu otulin na skuteczność termoizolacji

Nie można przecenić wpływu jakości wykonania termoizolacji na jej skuteczność. Wskutek nieprawidłowego wykonania termoizolacji z otulin termoizolacyjnych rzeczywisty współczynnik przewodnictwa cieplnego dla układu może się zmienić nawet o 40% w stosunku do współczynnika samego materiału. Na uwagę zasługują:

• prawidłowy dobór rodzaju, średnicy i grubości otuliny (duży wpływ na wzrost strat ciepła ma zastosowanie otulin o zbyt dużych średnicach wewnętrznych w stosunku do średnicy rury),
• dokładne łączenie (czoło do czoła) kolejnych odcinków otuliny na rurociągu,
• dokładne łączenie otuliny na tzw. szwie (rozcięciu wzdłużnym otuliny),
• izolowanie kolan, zaworów, trójników, spawów itp.,
• zamykanie zakończeń odcinków izolacji specjalnymi mankietami.

Podsumowanie

Otuliny termoizolacyjne są nowoczesnym, prostym i skutecznym sposobem na izolację termiczną różnego typu rurociągów i instalacji. Oferowane są przez producentów w kompletnych systemach, które pozwalają na szybkie i łatwe wykonanie izolacji. Asortyment oferowanych otulin jest szeroki - zarówno jeżeli chodzi o użyte do ich produkcji materiały, jak i ich grubości, średnice oraz właściwości fizykochemiczne i mechaniczne. W tym bogactwie ofert klient zmuszony jest do dokonywania wyborów, na które mają wpływ z jednej strony względy merytoryczne, takie jak dobór materiału do konkretnego zastosowania, z drugiej zaś względy ekonomiczne związane z samą inwestycją.

Artykuł dr Andrzeja Orzechowskiego z I.CH.P.