envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Rosoła 10a
02-786 Warszawa

PI www

PIankiJeśli chodzi o izolację termiczną, to rodzimy sektor ciepłowniczy i energetyczny najczęściej stawia na maty i otuliny z wełny kamiennej bądź rurociągi preizolowane przy wykorzystaniu pianki poliuretanowej. Technologie te różnią się parametrami, niekiedy zastosowaniem, ale przede wszystkim: sposobem przewodzenia ciepła i starzenia się materiału. Jak proces starzenia się obu materiałów wpływa na skuteczność izolacji termicznej?

Aby zrozumieć, jak działa na oba materiały upływ czasu, w pierwszej kolejności należy przyjrzeć się, jak wełna i pianka PUR przewodzą ciepło. Pianka PUR to materiał o strukturze komórkowej, dlatego odznacza się inną charakterystyką przepływu ciepła niż materiały włókniste. Jako kompozyt zbudowana jest z dwóch faz: ciągłej którą stanowią polimery poliuretanowe, oraz rozproszonej, złożonej z gazów – najczęściej cyklopentanu lub dwutlenku węgla. Przewodność cieplna tego typu izolacji niewiele przewyższa przewodność cieplną zastosowanego gazu komórkowego. Wełna to z kolei materiał włóknisty. W jej skład wchodzą skały wulkaniczne (zazwyczaj bazalt lub gabro, anortozyt i dolomit), stanowiące zazwyczaj 96-98% jej masy. Pozostałe 2-4% składu to utwar utwardzane spoiwo organiczne, najczęściej żywica fenolowo-formaldehydowa. Jeden metr sześcienny gotowej maty lub otuliny z wełny kamiennej składa się średnio w 95-98% ze statycznego powietrza, które naturalnie cechuje się niską przewodnością cieplną: 0,025 W/(m ∙ K).

Starzenie się pianek PUR

Izolacje piankowe zawierające gazy o niższym od powietrza współczynniku przewodzenia ciepła oraz o wyższej masie cząsteczkowej, ulegają naturalnemu starzeniu. Na skutek różnic ciśnień cząstkowych, w miejsce gazów komórkowych, do pianki wnika z powietrza tlen i azot, które zwiększają przewodność cieplną wyrobu. Izolacje z pianek PUR najintensywniej starzeją się w przeciągu kilku pierwszych lat użytkowania, kiedy to proces przyspiesza na skutek gwałtownego podwyższenia temperatury pracy izolacji. Szacuje się, że współczynnik przewodzenia ciepła pianek PUR w ciągu kilku pierwszych lat eksploatacji może wzrosnąć nawet o 30%. – Trwałość rurociągów preizolowanych,których warunki pracy wiążą się z różnymi temperaturami czynnika, szacuje się na okres 30 lat – tłumaczy Robert Kotwas, ekspert Paroc Polska. – Dyfuzja gazów komórkowych i związane z nią starzenie się materiału izolacyjnego to kwestie, które projektanci i właściciele sieci ciepłowniczych powinni uwzględniać w kontekście kosztów długofalowej eksploatacji zabezpieczanych elementów – dodaje. Starzenie się izolacji piankowych potwierdzają wyniki testów przeprowadzonych w laboratorium Heat-Tech Center – jednostce badawczej firmy Veolia Energia Warszawa [1]. Zbadano m.in. Zmiany współczynnika przewodzenia ciepła izolacji z rur preizolowanych piankami PUR spienianych dwutlenkiem węgla oraz cyklopentanem (próbki w przedziale 4-15 lat). Wykres na rys. 1 prezentuje uzyskane wartości współczynnika przewodzenia ciepła izolacji z rurociągów zasilającego i powrotnego podczas starzenia się izolacji w warunkach naturalnych. Wartości współczynnika przewodzenia ciepła w okresach wykraczających poza wiek badanych próbek wyznaczono metodą ekstrapolacji. Metoda badania została akredytowana przez Polskie Centrum Akredytacji (PCA), co potwierdza zgodność z obowiązującymi wymaganiami – w tym przypadku z normą EN 253. Stwierdzono, że współczynnik przewodzenia ciepła wzrasta dla izolacji spienianej dwutlenkiem
węgla:

  • po pierwszych 5 latach pracy – o 19% na zasilaniu i o 17% na powrocie;
  • w okresie od 6 do 15 lat eksploatacji – od 0,4 do 1% rocznie a dla izolacji spienianej cyklopentanem:
  • po pierwszych 4 latach pracy – o 23% na zasilaniu i o 17% na powrocie;
  • w okresie od 5 do 11 lat eksploatacji – o 1% rocznie.

piankaPUR
1. Zmiany wartości współczynnika przewodzenia ciepła izolacji z rur preizolowanych piankami PUR spienianych dwutlenkiem węgla oraz cyklopentanem – rurociągi zasilający i powrotny. Badanie wykonane w laboratorium Heat-Tech Center, jednostce badawczej firmy Veolia Energia Warszawa

Czy wełna kamienna ulega starzeniu?

Izolacyjność termiczna wełny kamiennej nie ulega zmniejszeniu w wyniku upływu czasu, co potwierdzają wyniki badań przeprowadzonych w Instytucie Techniki Cieplnej na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej [2]. Na potrzeby badania wykorzystano próbki izolacji pochodzące z różnych fragmentów rurociągów w różnym wieku, pobrane z Warszawskiej Sieci Ciepłowniczej. Na rys. 2 zaprezentowane jest zestawienie czasu eksploatacji poszczególnych próbek oraz zmierzonego, indywidualnego współczynnika przewodzenia ciepła. Jak można zauważyć, część najstarszych próbek (prawie 40 lat eksploatacji) zachowała pierwotne, bardzo niskie współczynniki przewodzenia ciepła. W przypadku wełny nie ma zatem mowy o jednoznacznym trendzie uzależniającym przewodność cieplną od czasu pracy. Jak podkreślają eksperci, efekt degradacji materiału można zaobserwować tylko w odniesieniu do właściwości wytrzymałościowych w trakcie oddziaływania warunków ekstremalnych, czego można uniknąć już na etapie projektowania izolacji.
– Analiza wykonana w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej każe przypuszczać, że największe różnice w zmierzonych wskaźnikach przewodności cieplnej dotyczyły fragmentów izolacji narażonych na zalewanie wodami gruntowymi – wyjaśnia Robert Kotwas. – Sposobem na utrzymanie przewodności cieplnej izolacji z wełny kamiennej w trakcie eksploatacji może być stosowanie rozwiązań z dodatkowym pokryciem ze wzmacnianej folii aluminiowej, np. z jednostronnym obszyciem siatką z drutu stalowego ocynkowanego, co dodatkowo chroni przed wnikaniem wilgoci do wnętrza izolacji.

piankaPUR1
2. Wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla próbek izolacji z wełny kamiennej, pochodzących z różnych fragmentów rurociągów, w różnym wieku, pobranych z Warszawskiej Sieci Ciepłowniczej. Badanie przeprowadzone w Instytucie Techniki Cieplnej na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej

Planowanie na długoletnią eksploatację

Sposób, w jaki materiały izolacyjne się starzeją oraz jak wpływa to na przewodność cieplną danego materiału, to kluczowy aspekt z punktu widzenia sektora ciepłowniczego, który musi dokonywać wyborów technologii i rozwiązań w oparciu o długoletnią eksploatację i długoterminowy rachunek opłacalności. Wiedza na temat starzenia się izolacji pozwala na efektywne i ekonomicznie uzasadnione zaplanowanie nowych inwestycji czy procesów wymiany fragmentów istniejących sieci bądź izolacji.

Literatura:
[1] Kręcielewska E., Menard D., Współczynnik przewodzenia ciepła izolacji w rurach preizolowanych po naturalnym i sztucznym starzeniu, INSTAL nr 11/2014, str. 14-20
[2] Żarnowiecki T., Wiśniewski T., Starzenie się izolacji włóknistych stosowanych w ciepłownictwie i energetyce, INSTAL nr 12/2014, str. 21-27

 

 


 

pi