Ponieważ instalacje przemysłowe osiągają niekiedy bardzo wysokie temperatury pracy, niezbędne jest zastosowanie izolacji o odpowiedniej grubości. Jakiej dokładnie? To zależy od wielu czynników, w tym m.in. od wiatru. Jak uwzględnić ten aspekt podczas doboru konkretnego rozwiązania?

Podstawowym celem każdej izolacji termicznej jest ograniczenie strat ciepła (lub wymiany ciepła z otoczeniem w przypadku instalacji zimnych). W przypadku systemów transportujących bądź magazynujących substancje o bardzo wysokiej temperaturze, drugim kluczowym zadaniem izolacji jest ograniczenie temperatury na zewnętrznej powierzchni rurociągów i zbiorników – tak, aby nie stanowiły zagrożenia dla życia i zdrowia ludzi.

Co mówią przepisy?

Aby poznać wymagania dotyczące projektowania, wykonania i odbioru izolacji ciepłochronnej i zimnochronnej montowanej na urządzeniach i obiektach przemysłowych oraz energetycznych, takich jak rurociągi, aparaty, zbiorniki technologiczne i magazynowe stosowane w przemyśle, powinniśmy sięgnąć do normy PN-B-20105:2014-09.

W normie możemy znaleźć dopuszczalną maksymalną temperaturę powierzchni zewnętrznej płaszcza ochronnego izolacji, która wynosi 50°C.

Jak to wszystko ma się do normy PN-EN ISO 12241:2010, która określa zasady obliczania właściwości wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych, w tym grubość izolacji termicznej? I co jeszcze istotniejsze: jak na temperaturę zewnętrznej powierzchni płaszcza, a co za tym idzie dobór konkretnego rozwiązania, wpływa prędkość wiatru?

Projektowanie (nie)podszyte wiatrem

Niepełne obliczenia grubości izolacji mogą znacząco wpłynąć na temperaturę powierzchni płaszcza, co odbija się negatywnie zarówno na ostatecznej efektywności energetycznej instalacji, jak i na bezpieczeństwie osób pracujących w jej pobliżu. Aby sprawdzić, jak istotną rolę pełni prędkość wiatru, skorzystamy z profesjonalnego narzędzia Paroc Calculus dostępnego bezpłatnie na stronie www.paroc.pl.

Do przykładowych obliczeń przyjęliśmy warunki letnie - temperaturę otoczenia ustawiamy na pułapie 30°C, a wilgotność względną powietrza przyjmujemy jako 50%. Zakładamy, że obliczenia będą dotyczyć rurociągu ze stali o średnicy zewnętrznej 406,4 mm i grubości 8,8 mm. Rurociąg ten transportuje parę wodną o ciśnieniu 100 barów i temperaturze 550°C. Umowny przewód biegnie na zewnątrz budynku przemysłowego. W ramach eksperymentu wykorzystaliśmy niepalną matę z wełny kamiennej do izolacji cieplnej przewodów wysokotemperaturowych PAROC Pro Wired Mat WR 680. Deklarowana przewodność cieplna produktu w temperaturze 600°C wynosi 0,190 W/mK.

Nie uwzględniając w obliczeniach prędkości wiatru, aby osiągnąć temperaturę powierzchni równą lub niższą od 50°C, potrzebujemy izolacji o grubości 300 mm (przy zastosowaniu płaszcza ze stali ocynkowanej) lub 420 mm (w przypadku płaszcza z blachy aluminiowej).

To, jak gwałtownie zmienia się temperatura na powierzchni płaszcza nawet przy bardzo słabym wietrze i przy zachowaniu tej samej grubości izolacji, obrazuje poniższy wykres.

Wpływ prędkości wiatru na obliczeniową grubość izolacji przedstawia poniższa tabela. Wyczytać można z niej grubość izolacji, która zapewni temperaturę na powierzchni płaszcza nie przekraczającą 50°C, w warunkach zmiennej prędkości wiatru. Jak z niej wynika, uwzględnienie w obliczeniach prędkości wiatru na poziomie zaledwie 1 m/s diametralnie zmienia grubość wymaganej izolacji.

Jak jednak przekuć powyższe obliczenia na rzeczywisty projekt instalacji? Jaką prędkość wiatru należy przyjąć w danym miejscu instalacji? Z pomocą ponownie przychodzi Paweł Stankiewicz, który w oparciu o doświadczenia inżynierów, z którymi współpracuje, podpowiada konkretne wartości.

- Generalnie dla rurociągów wewnątrz pomieszczeń, zarówno w lecie jak i w zimie, zaleca się przyjmowanie prędkości powietrza na poziomie 0,5-1 m/s. Projektując instalacje zewnętrzne należy wykonać symulację zarówno dla warunków letnich, jak i dla zimowych. Praktyka pokazuje, że w lecie jako wartości graniczne najlepiej przyjąć T otoczenia na poziomie 30° C i brak jakichkolwiek podmuchów wiatru. Dla warunków zimowych obliczeniowe prędkości wiatru określa się nawet jako 15 m/s – głównie dla instalacji usytuowanych na zewnątrz w warunkach wietrznych, na przykład na północy i południu Polski – podpowiada ekspert Paroc.