VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ IZOLAČNÍ MATERIÁLY M02 TECHNICKÉ IZOLACE

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ

RADEK STEUER, HANA KMÍNOVÁ

IZOLAČNÍ MATERIÁLY M02 TECHNICKÉ IZOLACE

STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA

Izolační materiály · Modul M02

© Radek Steuer, Hana Kmínová, Brno 2005

- 2 (15) -

Úvod

OBSAH 1 Úvod ...............................................................................................................4 1.1 Cíle ........................................................................................................4 1.2 Požadované znalosti ..............................................................................4 1.3 Doba potřebná ke studiu .......................................................................4 1.4 Klíčová slova.........................................................................................4 2 Technické izolace ..........................................................................................5 2.1 Úvod - vymezení pojmu technické izolace ...........................................5 2.2 Návrh a provádění technických tepelných izolací ...............................6 2.2.1 Některé vybrané aspekty odlišující návrh technických izolací od běžných stavebních izolací. ...............................................6 2.2.1.1 Geometrie izolovaných objektů ..............................................6 2.2.1.2 Závislost součinitele tepelné vodivosti na teplotě ..................7 2.2.1.3 Nebezpečí kondenzace vody...................................................7 2.2.1.4 Vlivy vysokých teplot a velkých rozdílů teplot na přenos tepla.........................................................................................8 2.2.2 Výpočet návrhu izolace...........................................................8 2.2.2.1 Doba do zamrznutí................................................................10 2.2.2.2 Přídavné ohřívání ..................................................................10 2.2.3 Zásady a principy pro návrh a provádění izolací ..................11 2.2.3.1 Minimální vzdálenosti mezi izolovanými objekty................11 2.2.3.2 Uchycení opěrných a nosných konstrukcí a kotvení materiálu k podkladu.............................................................................11 2.2.3.3 Opláštění izolace...................................................................11 2.2.3.4 Použití parozábrany ..............................................................12 2.2.3.5 Pochůzná potrubí ..................................................................12 2.2.3.6 Izolace zařízení s vysokými teplotami..................................12 2.2.3.7 Ochrana proti korozi .............................................................13 2.2.3.8 Průmyslové izolace v chladící technice ................................13 2.2.3.9 Ochrana proti hluku ..............................................................13 2.2.3.10 Další obecné předpoklady pro odborné provádění izolací....14 3 Závěr ............................................................................................................15 3.1 Shrnutí.................................................................................................15 3.2 Studijní prameny .................................................................................15 3.2.1 Seznam použité literatury .....................................................15 3.2.2 Seznam doplňkové studijní literatury ...................................15 3.2.3 Odkazy na další studijní zdroje a prameny ...........................15

- 3 (15) -

Izolační materiály · Modul M02

1

Úvod

1.1

Cíle

Cíle studia obsahu tohoto výukového modulu lze shrnout do následujících bodů: • vymezení okruhu problematiky technických tepelných izolací, a jejich užití v praxi, • obeznámení s principy a postupy pro vlastní návrh typických aplikací technických izolací, • obeznámení se zásadami, způsoby a nutnými předpoklady pro správné odborné provádění izolací, • seznámení se s vlastnostmi používaných izolačních materiálů, ovlivňujících jejich volbu a způsoby užití.

1.2

Požadované znalosti

Znalost fyzikálních způsobů šíření tepla a vlhkosti. Znalosti fyziky probírané na středních školách a technických vysokých školách. Základní obecné vědomosti ze stavebně technických oborů (zejména pozemní stavitelství), související s užitím tepelných izolací ve stavbách. Znalost středoškolské matematiky.

1.3

Doba potřebná ke studiu

cca 5 hodin

1.4

Klíčová slova

Tepelné izolace, technické izolace, tepelné ztráty, izolace potrubí.

- 4 (15) -

Technické izolace kap. č. 2

2

Technické izolace

2.1

Úvod - vymezení pojmu technické izolace

Snižování energetické náročnosti stavebních objektů jako celku nespočívá pouze v omezování ztrát tepla skrz obvodové kostrukce budov. Ale také ve snižování tepelných ztrát technických zařízení budov. U budov občanské výstavby se jedná o izolace energetických zařízení zajišťujících vytápění a izolace rozvodných kanálů, potrubí a armatur. Konkrétně to jsou např. izolace trubních rozvodů vody, vzduchotechnických kanálů, izolace bojlerů, zásobníků vody, klimatizačních a chladících systému, atd. U průmyslových zařízení a inženýrských sítí je použití tepelných izolací důležitým předpokladem pro racionální přepravu energie i pro hospodárnost výroby [5]. Nejčastější důvody pro použití těchto izolací jsou: •

Udržení maximální, nebo minimální teploty o médií dopravovaných potrubím (teplá voda, parovody, chladící směsy), o potřebné k udržení podmínek ve výrobních či skladovacích zařízeních (pece, autoklávy, mrazící boxy atd.), nebo nezbytných pro bezporuchový chod chemických procesů v tancích či reakčních nádobách.

•

Chránit zaměstnance a okolní prostory, před účinky teploty (např. před popálením, nebezpečím vznícení hořlavých materiálů umístěných v blízkosti zařízení, nebo před přehřátím vnitřního vzduchu v přilehlých prostorech apod.).

•

Šetřit energetické a provozní náklady, tím že se omezí únik energie do okolí. U chladících zařízení se naopak brání přijímání energie z okolního prostředí.

Pro výše uvedené aplikace tepelně-izolačních materiálů se v praxi vžil pojem technické izolace. Ať již jde o vytápění, klimatizační zařízení, nebo reaktory v chemických továrnách, hrají izolace stále rostoucí roli při dosahování ekonomických úspor a plnění ekologických požadavků. Problematika řešení a provádění technických izolací se může výrazně lišit od problematiky navrhu běžných stavebních izolací. Technické izolace se používají často k izolaci různě zakřivených ploch, takže je potřeba řešit otázku šíření tepla při daném geometrickém uspořádání. Jedním z dalších aspektů je, že při vysokých rozdílech teplot se významně uplatňují způsoby přenosu tepla sáláním a prouděním. Díky vlastnostem vzduchu, zejména jeho vlhkostnímu obsahu, je často nutné řešit současně s otázkou šíření tepla zároveň i problém možné kondenzace vody a šíření vlhkosti.

- 5 (15) -

Izolační materiály · Modul 02

2.2

Návrh a provádění technických tepelných izolací

2.2.1

Některé vybrané aspekty odlišující návrh technických izolací od běžných stavebních izolací.

2.2.1.1 Geometrie izolovaných objektů V drtivé většině případů řešení návrhu běžných stavebních izolací se setkáváme s případem izolace rovinné plochy. Kde stačí úlohu řešit jako jednodimenzionální případ šíření tepla. Vyjádřením tepelného toku procházejícího skrz rovinnou stěnu složenou z n vrstev pak je následující rovnice: Φ=

(θ i − θ e ) ⋅ A n d 1 1 j +∑ + hi j =1 λ j he

(1) kde:

Φ

tepelný tok plochou vícevrstvé rovinné stěny [W],

θi

teplota na vnitřní straně stěny [°C],

θe

teplota na vnější straně stěny [°C],

dj

tloušťka j-té vrstvy [m],

λj

součinitel tepelné vodivosti j-té vrstvy [W.m-1.K-1],

hi

součinitel přestupu tepla na vnitřní straně stěny [W.m-2.K-1],

he

součinitel přestupu tepla na vnější straně stěny [W.m-2.K-1],

A

plocha stěny skrz kterou prochází zjišťovaný tepelný tok [m2].

U zakřivených ploch se návrh správně řeší ve speciálních případech jako dvou-dimenzionální úloha, nebo obecně jako tří-dimenzionální úloha šíření tepla. V případě potřeby výpočtu řešení návrhu izolace složitějších tvarů se dnes v praxi užívá specializovaný software. Nejčastěji se v praxi setkáváme s válcovou plochou (potrubí), pro níž je níže uveden odvozený vzorec. Tepelný tok válcovou stěnou je dán:

Φr =

1 hi ⋅ ri , j =1

2π ⋅ l ⋅ (θ i − θ e ) n ⎛ 1 re, j ⎞⎟ 1 + ∑ ⎜ ln + ⎜ ⎟ ri , j ⎠ he ⋅ re, j =n j =1 ⎝ λi (2)

kde:

Φr

tepelný tok válcovou vícevrstvou stěnou [W],

θi

teplota na vnitřní straně válcové stěny [°C],

θe

teplota na vnější straně válcové stěny [°C],

ri,j

vnitřní průměr j-té vrstvy [m],

re,j

vnější průměr j-té vrstvy [m],

λj

součinitel tepelné vodivosti j-té vrstvy [W.m-1.K-1],

- 6 (15) -


hi


he


l

výška válcové stěny [m].

Důležité je také zohlednit konkrétní detaily uložení izolace, např. tepelné mosty vlivem spár a opěrných konstrukcí, ovlivňující izolační schopnost konstrukce jako celku a musí se proto zahrnout do příslušného výpočtu [5]. 2.2.1.2 Závislost součinitele tepelné vodivosti na teplotě U izolací průmyslových zařízení je nejdůležitější vlastností izolačních hmot jejich tepelná vodivost v závislosti na střední teplotě. Při řešení návrhu technických izolací se často setkáváme s teplotami velmi odlišnými od návrhových teplot pro běžné stavební izolace, kde máme pouze jednu hodnotu tepelné vodivosti λ. Protože jsou technické izolace používány ve větším rozsahu teplot, je jim přiřazováno několik hodnot součinitele tepelné vodivosti v závislosti na střední teplotě. Tuto závislost je nutno ve výpočtu zohlednit. Tepelná vodivost vlastně předurčuje potřebné tloušťky izolací pro dosažení určitých povrchových teplot, nebo pro požadované omezení tepelných ztrát [5]. Gradient hodnoty součinitele tepelné vodivosti materiálu na teplotě ( gradient λ(θ) ) roste se vzrůstající teplotou θ.

0,11

-1

-1

souč. tep. vodivosti λ [W.m .K ]

Graf 1.: Závislosti součinitele tepelné vodivosti λ na střední teplotě θ na příkladu izolačního materiálu z minerální vlny. [1]

0,09

0,07

0,05

0,03 0

50

100

150

200

250

teplota θ [°C]

Poznámky Střední teplota je aritmetický průměr teplot na vnějším a vnitřním líci izolace. Výrobce může pro své výrobky uvádět křivku tepelné vodivosti, vyplývající z jmenovitých hodnot tepelné vodivosti v závislosti na průměrné teplotě. Tyto se určují z laboratorních měření na vzorcích izolačního materiálu [4]. 2.2.1.3 Nebezpečí kondenzace vody Chladící zařízení, vzduchotechnické potrubí procházející chladnými místnostmi, ale například i potrubí se studenou vodou musí být opatřena tepelnou izola-

- 7 (15) -


cí zabraňující poklesu povrchové teploty pod teplotu rosného bodu. Největší nebezpečí kondenzace vodních par je u izolací chladících systémů. Při nesprávném návrhu se může v průběhu doby vlhkost shromažďovat v materiálu izolace, čímž vzrůstá její tepelná vodivost. Výsledkem je jednak rostoucí energetická ztráta, ale také pokles povrchové teploty izolace. Pokud povrchová teplota izolace poklesne pod teplotu rosného bodu okolního vzduchu dojde k povrchové kondenzaci [3]. Ke kondenzaci vodních par může docházet při poklesu teploty pod teplotu rosného bodu i na potrubí pod izolací nebo v materiálu izolace. Navlhání izolačního materiálu lze zabránit použitím materiálů s vysokým difúzním odporem. Při provádění takových izolací je důležité dbát na znemožnění difúze vodních par do izolačního materiálu a na důkladné utěsnění spár v izolaci. 2.2.1.4 Vlivy vysokých teplot a velkých rozdílů teplot na přenos tepla Při vysokých teplotách a velkých rozdílech teplot se ve větší míře uplatňuje přenos tepla sáláním a prouděním, nežli je tomu za běžných teplot. Proudění vzduchu kolem povrchu vyšetřované stěny a přenos tepla sáláním z povrchu stěny lze ve výpočtu zohlednit hodnotou součinitele přestupu tepla h. Šíření tepla sáláním se za běžných rozdílů teplot mezi sálajícími povrchy zanedbává. Při vysokých teplotách je třeba jej zahrnout do výpočtu. Při nutnosti řešení přenosu tepla sáláním mezi různými geometrickýcmi povrchy lze v praxi využít specializovaný software. Poznámka Pro uzavření a zpevnění povrchu izolačního materiálu a snížení přenosu tepla sáláním povrchu jsou některé technické izolace opatřeny na povrchu hliníkovou fólií s nízkou emisivitou.

2.2.2

Výpočet návrhu izolace

Principy výpočtu jsou v zásadě shodné s návrhem běžných stavebních izolací. Výpočet tloušťky izolace se nejčastěji provádí podle nutnosti splnění jednoho nebo i několika následujících limitních požadavků na: -

Minimální nebo maximální návrhovou teplotu média v izolovaném objektu. Minimální nebo maximální návrhovou povrchovou teplotu izolovaného objektu. Minimální (nebo maximální) tepelné ztráty (zisky) objektu. Doba, po kterou je při volném vychládání nutno udržet v zařízení teplotu takovou, aby nedošlo k zamrznutí média (např. během odstávky zařízení). Tak, aby povrchová teplota neklesla pod teplotu rosného bodu a nemohlo tak docházet k povrchové kondenzaci.

Jak již bylo výše zmíněno, výsledný tvar návrhových vzorců je závislý na geometrii izolované konstrukce. U technických izolací se nejčastěji řeší izolace rovinné nebo válcové plochy. Pro výpočet složitějších tvarů lze použít specializovaný software. Výrobci izolačních materiálů často nabízejí, pro zjednodušení návrhu, tabulky, nebo návrhové diagramy, ze kterých lze navrhované hodnoty odečíst. V následující tabulce je uveden souhrn vybraných nejčastěji používaných vzorců pro návrh tepelných izolací. - 8 (15) -


Tabulka 1. Souhrn zjednodušených odvozených výpočtových vzorců pro jednovrstvé uspořádání Hledaná veličina Součinitel prostupu tepla

Fyzikální rozměr

- pro rovnou plochu

⎡ W ⎤ ⎢⎣ m 2 ⋅ K ⎥⎦

- pro potrubí (na jeden metr potrubí)

⎡ W ⎤ ⎢⎣ m ⋅ K ⎥⎦

Rovnice

1 d

U=

1 1 + + hi λ he

2π 1 1 ⎛r + ⋅ ln⎜⎜ e hi ⋅ ri λ ⎝ ri

UR =

Hustota tepelného toku - pro rovnou plochu

⎡W ⎤ ⎢⎣ m 2 ⎥⎦

q = (θ i − θ e ) ⋅ U

- pro potrubí (na jeden metr potrubí)

⎡W ⎤ ⎢⎣ m ⎥⎦

q R = (θ i − θ e ) ⋅ U R

Povrchová teplota - pro rovnou plochu

[°C ]

- pro potrubí

[°C ]

Tloušťka izolace pro zabránění povrchové kondenzace

θ S = θ e − (θ e − θ i ) ⋅

1 h ⋅r e e θ = θ − θ −θ ⋅ s e e i 1 1 ⎛r + ⋅ ln⎜ e h ⋅r λ ⎜ r i i ⎝ i

(

d=

)

- pro potrubí

[m]

⎛r + re ⋅ ln⎜⎜ e hi ⋅ ri ⎝ ri d r = re − ri

[K ]

∆θ =

Φ ⋅ 3600 m'⋅c

- neproudící médium

[K ]

∆θ =

Φ ⋅ 3600 m ⋅ c + mR ⋅ c R

- korekce (podle CEN)

[K ]

Doba zamrznutí (voda) -pro potrubí (θ0=0 °C, f > 0%)

[h]

⎞ ⎟+ 1 ⎟ h ⋅r ⎠ e e

λ ⎛ θ e − θ i he ⎞ ⋅⎜ − − 1⎟⎟ he ⎜⎝ θ e − θ k hi ⎠

[m]

- proudící médium

1 he d

1 1 + + hi λ he

- pro rovnou plochu

Změna teploty proudícího média

⎞ 1 ⎟⎟ + ⎠ α e ⋅ he

λ ⋅ re

⎞ ⎞ λ ⎛ θe − θk ⎟⎟ = ⋅ ⎜⎜ − 1⎟⎟ ⎠ ⎠ he ⎝ θ e − θ i

⎡ ⎛ ∆θ ∆θ ′ = (θ 0 − θ e ) ⋅ ⎢1 − exp⎜⎜ − ⎝ θ0 − θe ⎣

f ⋅ π ⋅ ri 2 ⋅ 213,4 τ= qr

- 9 (15) -

⎞⎤ ⎟⎟⎥ ⎠⎦


Přehled v tabulce použitých veličin: U

součinitel prostupu tepla [W.m-2.kg-1],

Ur

součinitel prostupu tepla přes válcovou plochu [W.m-1.kg-1],

hi


he


λ

součinitel tepelné vodivosti izolačního materiálu [W.m-1.K-1],

d

tloušťka vrstvy izolačního materiálu [m],

dr

radiální tloušťka vrstvy izolačního materiálu na potrubí [m],

ri

vnitřní průměr izolační vrstvy [m],

re

vnější průměr izolační vrstvy [m],

q

hustota tepelného toku [W.m-2],

qr

tepelný tok z jednoho metru potrubí [W.m-1],

θi

teplota na vnitřní straně válcové stěny [°C],

θe

teplota na vnější straně válcové stěny [°C],

θs

teplota na vnějším povrchu [°C],

θk

teplota rosného bodu [°C],

∆θ

rozdíl konečné a počáteční teploty [°C],

θ0

počáteční teplota [°C],

Φ

tepelný tok z potrubí [W],

m’

hmotnostní tok média potrubím [kg.h-1],

mR

hmotnost potrubí [kg],

c

měrná tepelná kapacita média [J.kg-1.K-1],

cR

měrná tepelná kapacita potrubí [J.kg-1.K-1],

f

podíl ojínění [%].

τ

doba do zamrznutí potrubí při počáteční teplotě 0 °C [h]

2.2.2.1 Doba do zamrznutí Aby se zabránilo zamrznutí potrubí a nádrží, v nichž je uzavřeno médium po delší dobu v klidu, je třeba počítat s jejich odpovídající tepelnou izolací. Maximálně přípustná délka odstávky potrubí s příslušnou potřebnou tloušťkou izolace závisí zejména na teplotě média i okolí a průměru potrubí [5]. Pro takové případy uvádějí často výrobci izolací návrhové diagramy na potřebnou tloušťku izolace. 2.2.2.2 Přídavné ohřívání Přídavné ohřívání je nutné všude tam, kde při skladování, nebo přepravě hmot dochází ke ztrátám tepla, kterým nelze zabránit. Cílem je dosáhnout, nebo udržet optimální teplotu pro dané médium. Tloušťku izolace navrhujeme dle te-

- 10 (15) -


pelně technických a ekonomických hledisek. Výkon topení musí odpovídat tepelným ztrátám, které chceme kompenzovat.

2.2.3

Zásady a principy pro návrh a provádění izolací

2.2.3.1 Minimální vzdálenosti mezi izolovanými objekty Je třeba dodržovat minimální vzdálenosti mezi izolovanými zařízeními i mezi těmito zařízeními a jinými částmi stavby [5]. Izolovaný objekt mění vlastnosti blízkého okolí, mění teplotu a rychlost proudění vzduchu v těsné blízkosti objektu a vyzařuje kolem sebe teplo sáláním. Při nedodržení minimálních vzdáleností mezi objekty dochází v místech mezi objekty ke sčítání těchto vlivů. Při výpočtu návrhu izolace se apriori předpokládá že izolovaný objekt je obklopen vzdušným prostředím o dané návrhové teplotě, vlhkosti a rychlosti proudění vzduchu. Aby byl tento požadovaný předpoklad splněn musí být dodrženy minimální vzájemné vzdálenosti mezi izolovanými i neizolovanými objekty. Tyto minimální vzdálenosti jsou závislé na geometrii, teplotě objektů a vlastnostech okolí, ale také na vlastnostech vlastního materiálu izolace. Minimální vzdálenosti pro typické konstrukce, jako jsou potrubí, nádrže a kolony, většinou stanovuje výrobce izolačního materiálu v technické dokumentaci. 2.2.3.2 Uchycení opěrných a nosných konstrukcí a kotvení materiálu k podkladu Úchyty a závěsy trubek, ale i opěrné konstrukce izolačního materiálu se musí nutně připevňovat přímo na objekty, což nutně vede ke vzniku tepelných mostů. Tyto tepelné mosty způsobují další tepelné ztráty, které je třeba brát v úvahu při tepelně technických propočtech a návrzích. Někteří výrobci izolačních materiálů s vyšší pevností (např. tuhých pěněných plastů nebo pěnového skla) dodávají ke svým izolacím i úchyty a podpěry potrubí, které se připevňují na vnější povrch izolačních trubic, čímž se zamezuje vzniku tepelných mostů. Naopak u izolací s nízkou pevností v tlaku, např. u desek z minerální vlny o objemových hmotnostech menších než 75 kg.m-3 a při vysokých provozních teplotách cca nad 250 °C jsou nutné použít opěrné konstrukce pro vlastní izolační materiál. Izolační materiál musí být rozdělen na vrstvy mezi nimiž je opěrná konstrukce z pletiva nebo profilovaných plechů. U vláknitých izolací potrubí se opěrná konstrukce skládá z radiálních keramických kolíků nesoucí kovové opěrné prstence pro izolační materiál. Vláknité izolace potrubí mohou být z vnějšku obaleny drátěným pletivem, omotány a staženy drátem, nebo fixovány konstrukcí opláštění. Poznámka U lehce stlačitelných izolací se u dává hodnota pevnosti v tlaku při 10% deformaci. Podle ČSN 72 7303 je to velikost tlaku, která vyvolává změnu tloušťky výrobku o 10%. 2.2.3.3 Opláštění izolace Opláštění chrání izolaci proti mechanickému poškození, povětrnostními vlivy, chemickému napadení agresivními látkami a zlepšuje požárně technické vlastnosti konstrukce. Nasákavé izolace je třeba zvlášť důkladně chránit před možným vnikáním vody do materiálu izolace. U potrubí v průmyslových zařízeních

- 11 (15) -


se používá opláštění z pozinkovaného plechu, nebo plechu s povlakem z umělé hmoty [5]. Používají se také plechy ocelové, hliníkové plátované, nebo austenitické. Je třeba mít na paměti, že způsob a materiál opláštění do značné míry určuje požárně technické vlastnosti konstrukce. 2.2.3.4 Použití parozábrany Pokud je na izolaci umístěna parozábrana, je třeba ji při instalaci opláštění chránit před poškozením. I malá perforace parozábrany může způsobit její velké funkční problémy. Proto se mezi parozábranu a opláštění umisťuje ochranná podkladní vrstva. Izolace objektů u nichž by mohlo docházet ke srážení vody (např. mezi opláštěním a parozábranou), se musí konstruovat tak, aby zkondenzovaná voda mohla volně odtékat. Někdy se navrhuje pro udržení suché izolace větraná mezera mezi opláštěním a izolací. Toto řešení však může u lehce průvzdušných izolací znehodnocovat tepelně izolační účinek izolace vlivem průvzdušnosti. Mezera se vytváří pomocí distančních kroužků, nebo opěrné konstrukce. Základním problémem při navrhování parozábran je použitá hodnota faktoru difúzního odporu. Tato laboratorně získaná hodnota předpokládá dokonalou plošnou celistvost parozábrany, bez jakýchkoli perforací a netěsností ve stycích a v okolí prostupů nosných konstrukcí. Zajištění těchto předpokladů je však při zabudování parozábrany do konstrukce komplikované. Pomineme-li technologickou nekázeň, je v praxi obtížné dokonale parotěsně vyřešit napojení parozábrany na prostupující konstrukce. Zajistit reálnou parotěsnost parozábrany je tedy nelehké a použití parotěsné fóliové vrstvy může být z tohoto pohledu riskantní. 2.2.3.5 Pochůzná potrubí Potrubí na nichž se předpokládá pochůzí provoz při inspekcích se shora opatřují kovovou výztužnou deskou pod hotový plášť, která zlepší odolnost horní části vůči účinkům pochůzího zatížení. 2.2.3.6 Izolace zařízení s vysokými teplotami Pro izolaci zařízení s vysokými teplotami cca nad 500 °C je výhodné používat vícevrstvou izolaci, kde každá vrstva vláknitého izolačního materiálu má jinou objemovou hmotnost. Vrstvy materiálů jsou seřazeny podle objemové hmotnosti od největší po nejmenší směrem od povrchu horkého tělesa. Většinou se používají dvouvrstvá řešení. Vláknité materiály s vyšší objemovou hmotností izolují při vyšších teplotách podstatně lépe než materiály s nízkou objemovou hmotností. Izolační vlastnosti obou typů při běžných teplotách jsou téměř totožné [2]. Technické tepelné izolace mívají udávánu tzv. mezní teplotu použití. Je to nejvyšší přípustná teplota pro tepelné namáhání izolačního materiálu, zjištěná zkouškou za definovaných podmínek. Při ní nesmí docházet k žádným změnám, které nepřípustně zhoršují tepelně izolační vlastnosti zkoušeného materiálu. Při vysokých teplotách je nutné použít pro izolaci mechanické upevňovací prvky

- 12 (15) -


Poznámka Podle ČSN 72 7303 je mezní teplota použití daného materiálu, teplota při které dojde při tlaku 2000 Pa ke zmenšení tloušťky výrobku o 10%. 2.2.3.7 Ochrana proti korozi Poklad na který se izolace aplikují, nesmí izolační hmoty korozně napadat. Je proto třeba dbát i na takové materiálové vlastnosti jako je např. u minerálních vln působení sulfidů na běžnou ocel a chloridů na ocel chromniklovou. Izolace z minerální vlny vyráběné pro speciální použití na určitých ocelích, těmto požadavkům na nulový obsah sulfidů a nízký obsah chloridů vyhovují [5]. Výrobci často vyrábějí tyto izolace v tzv. AS-kvalitě. Některé izolační trubice a lamelové rohože jsou vybaveny vysokou alkalitou, čímž pomáhají chránit podkladní ocel před korozí. Dalšími vlastnostmi důležitými pro ochranu před korozí je nízká nasákavost a vysoký difůzní odpor izolační vrstvy zabraňující průchodu vodních par do míst kde by mohly kondenzovat. Poznámka U nerezavějících ocelí se za určitých podmínek může vyskytnout trhlinková koroze způsobená pnutím mezi jiným chloridovým iontem. Proto se pro takové aplikace často předepisuje použití minerální vlny pouze odpovídající tzv. ASkvalitě, u kterých obsah chloridových iontů rozpustných ve vodě činí v průměru maximálně 6 mg.kg-1. Zkouška se provádí dle AGI-Q 135. 2.2.3.8 Průmyslové izolace v chladící technice Nejdůležitějšími funkcemi izolací v chladící technice je omezení energetických ztrát po celou dobu životnosti a ochrana před kondenzací vody. Izolační trubice se musí aplikovat na suché potrubí, pokud možno bez styčných spár mezi trubicemi, spáry v trubicích musí být důkladně utěsněny, pokud se aplikuje více vrstev musejí se spáry oproti předchozí vrstvě přesazovat. Zvláštní pozornost je třeba věnovat utěsnění spár kolem prostupů úchytů a podpěrných konstrukcí. Je vhodné, aby byly ventily zakryté izolací, avšak musí být k nim vždy zajištěn snadný přístup a musí být viditelně označena jejich poloha. Difúzně otevřené materiály se musí vzduchotěsně uzavřít pomocí parozábrany, nebo dvojitého opláštění. Vhodným materiálem parozábrany jsou např. hliníkové fólie nebo dvojitá opláštění. Podkladní povrch pod parozábranou musí být před instalací suchý, prostý nečistot, velké nerovnosti a výčnělky na povrchu se musí vyrovnat. Po instalaci musí parozábrana izolační vrstvu pevně obemknout. Je potřeba použít takové techniky spojování, které umožní dosáhnout vzduchotěsné a parotěsné vrstvy. 2.2.3.9 Ochrana proti hluku U potrubí a vzduchotechnických zařízení může tepelná izolace zároveň plnit i funkci ochrany proti hluku šířícího se potrubím. Při potřebě snížit hladinu zvuku na určitou úroveň je třeba provést zvláštní výpočet návrhu akustické izolace. Pro účely ochrany proti hluku jsou vhodné zejména elastické izolační hmoty se zvýšenou pevnosti v tlaku, které nepotřebují žádné podpůrné konstrukce a u menších průměrů lze úchyty a podpěry potrubí upínat na vnější povrch těchto izolací potrubí. Tím že nejsou tyto prvky přímo spojeny s potrubím nemůže se přenášet hluk do ostatních konstrukcí.

- 13 (15) -


2.2.3.10 Další obecné předpoklady pro odborné provádění izolací Nároky na odborné provedení izolací doplňuje řada detailních požadavků, které tu pro úplnost dále uvádíme [5]: -

Návrh a detaily technického provedení je třeba provádět v souladu s platnými technickými normativy a předpisy.

-

Podklad musí být před aplikací izolace hladký, bez výstupků a prostý veškerého znečištění.

-

Nátrubky a hrdla na potrubí jsou minimálně tak dlouhé, aby přírubové spoje byly mimo izolaci a mohly se bez problémů sešroubovávat.

-

Aplikaci izolací je možno započít až po dokončení svářečských prací na potrubí a lepení potrubí.

Kontrolní otázky 1) Vysvětlete co se v praxi míní pod pojmem tepelné technické izolace ? Uveďte příklady jejich použití. 2) Jaké jsou hlavní odlišnosti problematiky výpočtu a návrhu technických tepelných izolací od běžných stavebních tepelných izolací ? 3) Jaká opatření lze provést pro udržení potřebné teploty látky uvnitř izolovaného objektu ? 4) Jaké problémy mohou působit úchyty a závěsy trubek a opěrné konstrukce ? 5) Proč a kde je nutné použít opěrné konstrukce pro vlastní izolaci ? 6) Proč je výhodné pro izolaci zařízení s vysokými teplotami cca nad 500 °C používat vícevrstvou izolaci ? 7) Jaká jsou specifika použití tepelných izolací v chladírenské technice ? 8) Jaké izolační materiály jsou vhodné pro použití v chladírenské technice ? 9) Na co je třeba dbát při použití parozábrany a jaká jsou rizika jejího použití ? 10) Proč se izolace oplášťují a jaké materiály se k tomu používají ?

- 14 (15) -

Závěr

3

Závěr

Tento studijní modul shrnuje základní znalosti potřebné ke správnému návrhu a použití technických izolací. Upozorňuje na aspekty odlišující návrh aplikací technických izolací od problematiky běžných stavebních izolací. Dále shrnuje některé důležité zásady vlastního provádění izolací. Autoři si nekladou za cíl zcela vyčerpávajícím způsobem popsat všechny aspekty návrhu a použití technických izolací, ale pouze shrnout ty nejzákladnější vědomosti z tohoto oboru potřebné pro orientaci v dané problematice.

3.1

Shrnutí

Na počátku modulu je krátké seznámení s pojmem technické izolace. Dále je nastíněna problematika návrhu technických izolací, jsou zmíněny některé významné aspekty odlišující jejich návrh od běžných stavebních izolací a je nastíněn princip a vlastní postup tepelně technických výpočtů. Dále pak jsou uvedeny zásady a postupy pro návrh a vlastní provádění technických izolací.

3.2

Studijní prameny

3.2.1

Seznam použité literatury

[1]

Zach, J., Stanovení hodnoty součinitele tepelné vodivosti nestacionárním měřidlem, disertační práce, VUT v brně, FAST, 2000

[2]

Firemní literatura

Rockwool

[3]

Firemní literatura

Armstrong

[4]

Firemní literatura

Ursa

[5]

Firemní literatura

G+H Isover

3.2.2

Seznam doplňkové studijní literatury

[6]

Halahyja, M., Stavebná tepelná technika akustika a osvetlenie, ALFA, Bratislava, 1985

[7]

Šťastník, S., Zach, J., Zkoušení izolačních materiálů, CERM s.r.o., Brno, 2002, ISBN 80-214-2253-X

3.2.3

Odkazy na další studijní zdroje a prameny

[8]

Internetové stránky

www.tzb-info.cz

[9]


www.energetik.cz

[10]


www.izolace.cz

- 15 (15) -

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ IZOLAČNÍ MATERIÁLY M02 TECHNICKÉ IZOLACE

Recommend Documents