Izolacje termiczne, wilgoć i inne czynniki powodujące destrukcję

Zadaniem izolacji termicznych jest zapewnienie pewnej i długotrwałej sprawności termicznej budynku, niezależnie od stopnia agresywności otoczenia i parametrów pracy.
Długotrwała, efektywna izolacja to nie jest sprawa przypadku. Musi być ona wkomponowana w budynek przy zastosowaniu właściwych materiałów i zespołów. Jeśli wymagania stawiane izolacjom długotrwałym nie zostaną spełnione z należytą starannością, to może być to przyczyną poważnych problemów technicznych..
i ekonomicznych.

Artykuł dotyczy także izolacji technicznej, lecz wszystkie zawarte w nim dane dotyczą w równym stopniu izolacji termicznej budynków.

Typowe skutki degradacji izolacji

Wiele izolacji podlega degradacji wskutek bardzo agresywnego otoczenia i trudnych warunków pracy, w jakich dana izolacja pracuje. Wilgoć, najczęściej w postaci wody, jest podstawowym zagrożeniem efektywności izolacji, dzieje się tak, ponieważ wilgoć zwiększa przepływ ciepła, a w konsekwencji powoduje wzrost kosztów ogrzewania.

Termicznie niesprawna izolacja zwiększa koszty ogrzewania i wydatki na nią poniesione, mogą się nigdy nie zwrócić. Natomiast izolacja o niezmiennych parametrach eksploatacyjnych powoduje zmniejszenie kosztów przez dłuższy czas oraz szybki zwrot nakładów.

Problemy z wodą

Izolacje zawierające wodę w stanie ciekłym mogą mieć przewodnictwo cieplne nawet o 15 razy większe niż izolacje suche. Przy izolacjach włóknistych, wilgotne wykazują 24 razy większe przewodnictwo niż suche.

Zależnie od porowatości izolacji, przepływ ciepła może wzrosnąć o 300% już przy wilgotności 20% (v/v). Nawet 1% (v/v) wilgotności może zwiększyć przewodnictwo o 30%. Dotyczy to szczególnie włókien szklanych i izolacji z wełny mineralnej.

Wnikanie wody.

Wilgoć może wniknąć do izolacji bezpośrednio poprzez szczeliny na złączach i uszczelnieniach, otworki w płaszczach, pęknięcia w masach uszczelniających lub z wnętrza układu poprzez rury lub nieszczelności zbiornika. Zawsze jest to zjawisko niepokojące, gdyż izolacja ma niską chłonność wilgoci i małą prędkość przenikania par w stosunku do izolacji nowej o niskim przewodnictwie cieplnym.

Niektóre materiały o zamkniętych porach, np. styropian, powoli „oddychają” parą wodną i dlatego wymagają ochrony.

Podawane przez producentów dane o wysychaniu skondensowanej w wodę, pary wodnej (skropliny) w izolacji termicznej budynku w okresie zimowy, przez okres letni, są nieprawdziwe.

Ze względu na strukturę zamkniętą proces całkowitego odparowania i odprowadzenia pary wodnej - nie następuje nigdy!.

Nawet przy stosowanych w niektórych technologiach produkcji "opóŹniaczy pary", dyfuzja ma wciąż miejsce poprzez pęknięcia wynikające z naprężeń strukturalnych lub powstałe podczas manipulacji.

Higroskopijne zachowanie.

Przepuszczalność pary wodnej (paroprzepuszczalność) to iloraz gęstości strumienia pary wodnej w gramach (ilości pary wodnej przenikającej przez powierzchnię jednostkową w jednostce czasu, w określonych warunkach temperatury i wilgotności oraz określonej grubości badanej próbki) i różnicy ciśnień pary wodnej między dwiema powierzchniami czołowymi próbki podczas badania.

Paroprzepuszczalność to pojęcie względne, zależne od temperatury oraz wilgotności względnej powietrza, dlatego badanie tego samego materiału w różnych warunkach wilgotności i temperatury (zależnie od metody badania) może dać różne wyniki.

Dodatkowe problemy

Starzenie materiału. Degradacja izolacji wskutek starzenia lub skoków termicznych jest powodowana przez dyfuzję gazu przez ścianki komórek izolacji. Zależy ona od czasu, ekstremalnych temperatur, obecności związków chemicznych i promieniowania słonecznego (istotnego szczególnie dla styropianu i poliuretanu).

Izolacje z pianek z tworzyw sztucznych (np. poliuretan) są szczególnie czułe na tego typu wpływy. W miarę upływu czasu i zależnie od temperatury, powietrze dyfunduje w głąb pianki, podczas gdy gazy zawarte w komórkach dyfundują na zewnątrz. Powietrze ma dwa razy większe przewodnictwo cieplne w porównaniu z niektórymi związkami spieniającymi (poroforami).

Transport gazu zachodzi wskutek różnicy stężeń gazu wewnątrz i na zewnątrz komórek oraz temperaturowo indukowanych różnic ciśnienia wewnątrz i na zewnątrz komórek. Na przyśpieszenie procesu mają wpływ temperatura i wilgotność względna otoczenia. W rezultacie poziom przewodnictwa temperaturowego jest znacznie wyższy od publikowanych danych, następuje poważny spadek efektywności izolacji.

Pianki z tworzyw sztucznych są podatne na utratę termicznej sprawności z powodu absorpcji związków chemicznych. Izolacje takie jak włókna szklane i wełna mineralna są również podatne na chemiczną absorpcję, szczególnie po uprzednim osłabieniu przez wilgoć. W przypadku tych izolacji może mieć miejsce fizyczna degradacja spoiwa izolacji oraz związków zabezpieczających przed działaniem wody.

Kompresja (ściskanie) i wibracja (drgania).

Zarówno kompresja, jak i wibracja mają wpływ na degradację izolacji, szczególnie w przypadku wysoko ściśliwych, włóknistych materiałów. Jednakże odporność na ściskanie (kompresję) jest często pomijana. W badaniach wełny mineralnej, wykonanych na instalacjach petrochemicznych w USA, stwierdzono, że nowy materiał podlega ściskaniu pod działaniem własnego ciężaru nawet o 10%, a starszy nawet aż o 50%; efekt taki może wynikać zarówno z działania kompresji, jak i wibracji (drgań). W efekcie sprawność termiczna może ulec pogorszeniu wskutek zmiany grubości i gęstości izolacji.

W przypadku wielu izolacji wzrost temperatury powoduje spadek odporności na ściskanie i sprawności termicznej.

Pęknięcia w opóŹniaczach pary wodnej (retarderach pary), uszczelnieniach i w samej izolacji, powstające wskutek niestabilności wymiarowych izolacji, wpływają na utratę ciepła poprzez promieniowanie, przewodzenie i konwekcję. W układach kriogenicznych, zawierających izolacje poliuretanowe indukowana konwekcja naturalna na złączach rur zwiększa ogrzanie wskutek wyższej gęstości powietrza i kontrakcji cieplnej poliuretanu. W układzie dwuwarstwowym ogrzanie było o 33% wyższe od oczekiwanego dla systemu –186Â°C. Przy powstaniu kondesacji z powietrza przy temperaturze –195Â°C nadmierne ogrzanie wzrosło o 174%.

Pianki fenolowe i polistyrenowe również są podatne na problemy wynikające z odwracalnej termicznej przemiany rozszerzalność/kurczenie lub nieodwracalnych zmian wymiarowych wskutek skurczu. Mostki termiczne. Obecność (inkluzja) materiałów o wysokiej przewodności, takich jak metale, ścieżki bezpośredniego promieniowania lub konwekcji, mogą być Źródłami strat cieplnych lub ogrzania.

Testy podwieszeń rur i wsporników wykazały, że mogą one zwiększyć straty cieplne do 40% w porównaniu z nieuszkodzonymi, zaizolowanymi sekcjami rurociągów. Chociaż straty nie mogą być wyeliminowane całkowicie, system wieszaków i wsporników zaizolowanych piankową izolacją szklaną wykazał w doświadczeniach ograniczenie strat cieplnych do 5%.

Uszkodzenia systemu. W przypadku układów niskotemperaturowych uszkodzona izolacja może prowadzić do powstania lodu powodującego uszkodzenie urządzeń i dalszą degradację izolacji. Tam, gdzie mamy do czynienia ze zbiornikami LNG (płynny gaz ziemny), niesprawna izolacja może spowodować zamrożenie podłoża oraz jego degradację, co z kolei może prowadzić do uszkodzenia fundamentów zbiornika.

Mity na temat degradacji

Mit 1:
Izolacja wysycha w układach gorących. W rzeczywistości wilgoć może jedynie wędrować w systemie do miejsc o temperaturach poniżej 100Â°C i jeśli nawet ulegnie zmniejszeniu, istnieje prawdopodobieństwo, że znowu się pojawi. Jednakże szkło piankowe nałożone bezpośrednio na wilgotną izolację w układach gorących rzeczywiście powoduje, że układ robi się suchy.

Mit 2:
Bariery parowe chronią systemy izolacji. Bariery parowe pełnią jedynie rolę „opóŹniaczy”, a zatem im dłużej system pracuje w niskich temperaturach, tym więcej zbiera się w nim wilgoci. Z drugiej strony bariery te nie są także doskonałe. Pęknięcia, maleńkie otworki jak łepek szpilki i niedoskonałości uszczelnień powodują, że do izolacji może przedostać się para i powietrze. Nawet szczególnie dokładnie uszczelnione systemy umożliwiają migrację pary. W badaniach nad barierami parowymi w izolacjach uretanowych usuwanie wilgoci było prawie o 300% wolniejsze niż jej wnikanie.

Mit 3:
Impregnaty wodne zapewniają ochronę izolacji w układach wysokotemperaturowych oraz chronią przed absorpcją wody lub pary wodnej. Stwierdzono, że związki impregnujące wypalają się, przez co absorpcja wody staje się możliwa. Związki te również mogą wykazywać tendencję do absorpcji i mogą ulec uszkodzeniu na przykład przy kontakcie z węglowodorami, przez co impregnacja nie ograniczy przepływu pary wodnej. Mimo to stała sprawność cieplna i fizyczna integralność izolacji ze szkła piankowego poprawiają jakość systemu i możliwości jego kontroli oraz zwiększają oszczędności energetyczne przez długi czas.

Podsumowanie

Systemy izolacji często ulegają degradacji wskutek ekstremalnych warunków pracy, przed którymi mają chronić.

Wnikanie wilgoci i wody do systemu izolacji jest jednym z najczęściej spotykanych powodów degradacji izolacji i ich awarii.

Długotrwała sprawność termiczna (cieplna) jest zasadniczym warunkiem opłacalności systemów izolacji.

Komentarze (2) >>