W procesie realizacji inwestycji przemysłowych, jak również podczas ich remontów i modernizacji do niedawna jakby niedostrzegana była rola izolacji. Powszechnie uważano, iż zasadnicze znaczenie dla oszacowania pracochłonności przedsięwzięcia i opracowania harmonogramu jego realizacji odgrywały roboty ogólnobudowlane, montażowe, elektryczne, automatyka itp. O izolacjach przypominano sobie w ostatniej chwili, gdy zaczynał się już rozruch instalacji, nie pozostawiając nawet odpowiedniego dla ich wykonania czasu. Takie podejście skutkowało niską jakością izolacji, nieskutecznością jej zastosowań, brakiem rozwoju badań nad materiałami i technologiami izolacyjnymi, niedostateczną metodologią pomiaru skuteczności rozwiązań itd.

Zadaniem techniki izolacyjnej jest zmniejszenie gęstości strumienia ciepła przepływającego od ciała A do ciała B. Można to osiągnąć przez zastosowanie odpowiednich warstw materiałów posiadających szczególne właściwości fizyczne.

        W zasadzie to kryzys energetyczny 1973 r. zapoczątkował lub ogromnie przyspieszył rozwój energooszczędnych technik w odniesieniu zarówno do budownictwa mieszkaniowego, jak i budownictwa przemysłowego, dając początek rozwoju ciepłownictwa, w którym należne sobie miejsce znalazły izolacje cieplne. Nie mniej jednak jeszcze do dzisiaj pokutują grzechy przeszłości w postaci nienależytego doceniania tej branży, gdy chodzi o jej znaczenie techniczne i ekonomiczne.

Fundamentalne pytania
         Co to są izolacje cieplne? Jak ważną odgrywają rolę? Dlaczego zachodzi potrzeba ich stosowania? Jakiej wymagają wiedzy i umiejętności, aby dobrze wykonane mogły tę rolę spełniać?
         Jak wiadomo, zjawisko przepływu ciepła w wielu przypadkach jest niepożądane, ponieważ powoduje straty energii, przyczynia się do zmniejszenia sprawności procesów wykorzystujących ciepło, uniemożliwia ochronę przed nadmierną temperaturą. Wiemy też, że niemożliwe jest całkowite wyeliminowanie przepływu ciepła pomiędzy ośrodkami o różnych temperaturach. Zadaniem techniki izolacyjnej jest zmniejszenie gęstości strumienia ciepła przepływającego od ciała A do ciała B. Można to osiągnąć przez zastosowanie odpowiednich warstw materiałów posiadających szczególne właściwości fizyczne. W związku z powyższym izolacje cieplne są stosowane w takich instalacjach i urządzeniach przemysłowych, gdzie istnieje potrzeba zapewnienia określonej temperatury i ograniczenia powstawania strat ciepła. Przykładem może być przemysł chemiczny i petrochemiczny. Ponadto konieczność stosowania izolacji związana jest z problemem oszczędności energii; ma to miejsce w urządzeniach wytwarzających i przesyłających energię cieplną (kotły, rurociągi cieplne, turbiny). Bardzo często ochrona bezpieczeństwa obsługi urządzeń i instalacji wymaga zastosowania warstwy izolacyjnej, aby ochronić personel obsługujący przed poparzeniem. Istnieją też takie procesy chemiczne i metody magazynowania niektórych substancji, gdzie wymagane jest utrzymywanie niskich lub bardzo niskich temperatur. Należy wówczas zastosować izolację, która uniemożliwi przepływ ciepła z otoczenia do wnętrza urządzenia, gdzie panuje temperatura np. około -1500C. Jest to niezwykle trudne zadanie, bowiem w tej temperaturze para wodna ulega skropleniu, a następnie zamienia się w ciało stałe. Zjawisko to powoduje gwałtowny wzrost współczynnika przewodności cieplnej i czyni izolację zdecydowanie niewydajną. Opisana powyżej izolacja nosi nazwę zimnochronnej. Budynki mieszkalne mają zapewnić komfort życia mieszkańców. Jednym z podstawowych parametrów dających to poczucie komfortu jest temperatura. Zimą więc izolacja ma tę temperaturę utrzymywać poprzez ograniczenie strat ciepła, zmniejszając jego przepływ przez przegrodę oddzielającą przestrzeń mieszkalną od otoczenia, latem zaś nie pozwalać na swobodną penetrację ciepła do wnętrza mieszkania. Tak więc obszar zastosowania izolacji cieplnych jest bardzo rozległy; począwszy od kriogeniki poprzez chłodnictwo, budownictwo, ciepłownictwo, heliotechnikę aż po metalurgię, energetykę, pożarnictwo i przemysł chemiczny.

Dobór izolacji
         W technice izolacyjnej występują trzy ciała, pomiędzy którymi odbywa się przepływ ciepła, są to:
• ciało chronione przed niepożądanymi stratami ciepła,
• ciało nagrzewane, czyli odbierające ciepło,
• izolacja zmniejszająca intensywność przepływu ciepła.
        Zagadnienia strat ciepła mogą być jeszcze bardziej zróżnicowane. Dobór odpowiedniej techniki izolacyjnej może decydować nie tylko o oszczędności kosztów energii, lecz również o prawidłowym działaniu instalacji technologicznej. Może być rozstrzygający, co do tego, czy dana izolacja spełnia swoje zadania czy też nie. Wymiary i rodzaj izolacji powinny być tak dobrane, aby zapewnić:
• jak najmniejsze straty ciepła do otoczenia,
• utrzymanie temperatury powierzchni zewnętrznej aparatu lub rurociągu na odpowiednio niskim poziomie,
• utrzymanie temperatury procesu wewnątrz aparatu lub nośnika ciepła na jak najwyższym poziomie.

        Oszczędność ciepła gwarantuje tylko zastosowanie właściwej izolacji. Jest to szczególnie istotne u nas, w Polsce, gdzie w ponad 97% sieć cieplną zasila węgiel wykorzystywany w elektrociepłowniach, podczas gdy np. w Szwecji jest to tylko 4%, a ponad 50% stanowią odpady drzewne i komunalne. Konieczność oszczędzania jest więc niekwestionowaną oczywistością. Jej podstawą w energetyce jest dobrze zaprojektowana i należycie wykonana izolacja. O wyborze rodzaju i grubości izolacji decyduje wiele różnorodnych czynników.
Można je podzielić na trzy grupy:
• czynniki cieplne,
• czynniki techniczne wynikające z warunków zastosowania,
• czynniki technologiczne i ekonomiczne.

        Aby izolacja była w pełni skuteczna, powinna spełniać przynajmniej podstawowe wymogi, do których zalicza się:
• efektywność cieplną, zależną od właściwości zastosowanych materiałów (niski współczynnik przewodności cieplnej),
• stabilność właściwości cieplnych w czasie,
• niezależność właściwości cieplnych od położenia geograficznego,
• niską zawartość wilgoci i małą zdolność jej absorpcji z otoczenia,
• łatwość uzyskiwania próżni (dotyczy to zarówno materiałów włóknistych, jak i porowatych),
• odporność na szybkie zmiany temperatury.

        Wymagania te definiują niezbędne cechy materiałów izolacyjnych:
• gęstość materiału izolacyjnego,
• właściwości wytrzymałościowe,
• rozszerzalność objętościowa,
• odporność na szok termiczny,
• nieszkodliwość dla człowieka,
• nieszkodliwość dla środowiska.

Płaszcz ochronny
       Aby jednak warstwa izolacyjna mogła trwale wypełniać swoją rolę, musi być dostatecznie chroniona przed negatywnym działaniem zewnętrznych czynników mechanicznych i wilgoci. Ważnym zagadnieniem jawi się więc odpowiednio dobrany i szczelnie wykonany płaszcz ochronny. Może to być płaszcz mokry (w pomieszczeniach zamkniętych) i płaszcz suchy z blachy, najczęściej stalowej (ocynkowanej) lub aluminiowej.

Omawiając pokrótce znaczenie izolacji, nie sposób nie zwrócić uwagi na zagadnienie, które z oszczędnością energii jest związane, a więc na ochronę środowiska. Mniejsze straty oznaczają bowiem lepsze wykorzystanie mocy, mniejszą ilość spalonego paliwa, a to z kolei mniejszą emisję zanieczyszczeń do atmosfery.

Dobór blachy przeznaczonej na płaszcz ochronny zależy od warunków pracy tegoż płaszcza. W otoczeniu zewnętrznym (w środowisku) narażonym na działanie czynników chemicznych zastosujemy blachę aluminiową, która okaże się jednak niewystarczająca dla zapewnienia ochrony mechanicznej. Odwrotnie, np. blacha stalowa bardziej i skuteczniej chroni izolację pod względem mechanicznym, za to nieodporna jest na chemiczne oddziaływanie środowiska. Tak więc, aby izolacja spełniała swoją funkcję, aby rzeczywiście należycie chroniła energię cieplną, powodowała jej oszczędność i zapewniała należyte warunki do pracy urządzeniom, wymagana jest duża, profesjonalna wiedza, umiejętności i staranność pracy zarówno od kadry inżynieryjno- technicznej, jak i od pracowników bezpośrednio produkcyjnych. Nie ma tu miejsca na przypadkowość, bylejakość, brak wiedzy i doświadczenia. Potrzebny jest też odpowiedni czas na wykonanie robót zgodnie z dokumentacją techniczną, normami i innymi przepisami określającymi wymogi stawiane przed izolacjami.

Docenić izolację
        Zagadnienie izolacji i jej jakości nie tylko nie może więc stracić na znaczeniu, ale musi być w końcu należycie doceniane. Jak podała ostatnio firma badawcza PMR, szacuje się, że w ciągu najbliższych 10-15 lat budowa nowych mocy wytwórczych  w energetyce i sieci przesyłowych pochłonie co najmniej 100 mld zł. Zdaniem P.S.W.I.P. jakość robót izolacyjnych, nowe technologie, poszukiwanie nowych rozwiązań, wynalazczość i dobrze przygotowane kadry otwierają drogę do innego patrzenia na rolę i znaczenie izolacji przemysłowych. Nikt rozsądny nie wydaje takich, jak wyżej, przytoczonych kwot, aby nie usiłował zapewnić właściwego ich wykorzystania. Ufamy, że izolacja jako ważki czynnik zapewnienia oszczędności energii będzie mocno brany pod uwagę przez inwestorów.

Dobór odpowiedniej techniki izolacyjnej może decydować nie tylko o oszczędności kosztów energii, lecz również o prawidłowym działaniu instalacji technologicznej. Może być rozstrzygający, co do tego, czy dana izolacja spełnia swoje zadania czy też nie.

        Omawiając pokrótce znaczenie izolacji, nie sposób nie zwrócić uwagi na zagadnienie, które z oszczędnością energii jest związane, a więc na ochronę środowiska. Mniejsze straty oznaczają bowiem lepsze wykorzystanie mocy, mniejszą ilość spalonego paliwa, a to z kolei mniejszą emisję zanieczyszczeń do atmosfery. Można śmiało zaryzykować stwierdzenie, że izolacja staje się coraz bardziej istotnym orężem do walki o ochronę środowiska.

Literatura
(1) Encyklopedia fizyki współczesnej, Państwowe Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1994.
(2) Jan Górzyński, „Przemysłowe izolacje cieplne”, „Sorus”, Poznań 1996.
(3) S. Wiśniewski, „Wymiana ciepła”, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1979.
(4) E. Kostowski, „Przepływ ciepła”, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1991.

Autor: Ryszard Borkowski

Artykuł został opublikowany w magazynie "ECiZ" nr 11/2010

źródło fot.: KAEFER SA