Opis
Książka przedstawia w sposób wyczerpujący zagadnienia związane z zastosowaniem izolacji cieplnej w przemyśle. Autor zebrał dużo informacji teoretycznych i praktycznych, dlatego książka jest bardzo cenną pomocą dla praktyki stosowania izolacji cieplnej. Może być również wykorzystana przez studentów na kierunkach cieplnych.
Prof. Jan Szargut
SPIS TREŚCI
1. Wprowadzenie
1.1. Izolacje cieplne w instalacjach i urządzeniach
1.2. Efektywność energetyczna izolacji
1.3. Rys historyczny
1.4. Zakres pracy
2. Elementy przepływu ciepła
2.1. Wstęp
2.2. Energia wewnętrzna ciał
2.3. Przewodzenie ciepła
2.3.1. Mechanizm przewodzenia ciepła w gazach
2.3.2. Charakterystyka ciał stałych
2.3.2.1. Ciała krystaliczne
2.3.2.2. Ciała amorficzne
2.3.3. Mechanizm przewodzenia ciepła w ciałach stałych
2.3.3.1. Przewodzenie ciepła w modelu sieciowym
2.3.3.2. Przewodzenie elektronowe
2.3.4. Porównanie przewodzenia ciepła w substancjach stałych
2.3.4.1. Przewodzenie w ciałach stałych
2.3.4.2. Przewodzenie elektronowe
2.4. Promieniowanie cieplne
2.5. Mechanizmy mieszane przepływu ciepła
3. Materiały termoizolacyjne i ich właściwości
3.1. Wstęp
3.2. Rodzaje materiałów izolacyjnych
3.2.1. Materiały włókniste
3.2.2. Materiały porowate
3.2.3. Materiały piankowe
3.2.3.1. Pianki organiczne
3.2.3.2. Pianki nieorganiczne
3.2.4. Szkło piankowe
3.3. Pianki nakładane przez natrysk
3.4. Rury preizolowane
3.5. Aerożele
3.6. Materiały włókniste
3.6.1. Wełna mineralna
3.6.2. Wełna szklana
3.7. Właściwości materiałów izolacyjnych
3.7.1. Właściwości termiczne
3.7.2. Właściwości mechaniczne
3.7.3. Właściwości fizyczne
3.7.4. Właściwości chemiczne
4. Mechanizmy przepływu ciepła w izolacjach
4.1. Wstęp
4.2. Przewodzenie ciepła w ośrodku porowatym
4.3. Promieniowanie cieplne w izolacjach
4.4. Wpływ wilgoci na przepływ ciepła
4.5. Materiały ziemiste
4.6. Sprzężenie przewodzenia i promieniowania
5. Wybrane problemy ustalonego przepływu ciepła przez przegrody
5.1. Ustalony przepływ ciepła
5.1.1. Przepływ przez przegrodę płaską
5.1.2. Równanie cieplne
5.1.3. Przepływ przez przegrody cylindryczne
5.1.4. Opór cieplny
5.1.5. Przepływ przez przegrody kuliste
5.1.6. Straty ciepła przez prostokątne przegrody
5.1.7. Zastosowania praktyczne
6. Bilans strat ciepła
6.1. Wstęp
6.2. Straty energii cieplnej
6.3. Przenoszenie ciepła po stronie czynnika
6.4. Promieniowanie cieplne na powierzchni zewnętrznej
6.5. Spadki temperatury nośnika ciepła
6.6. Straty ciepła do gruntu
6.7. Straty ciepła do powietrza
6.8. Straty ciepła w przewodach
7. Analiza opłacalności przy stosowaniu izolacji cieplnej
7.1. Wstęp
7.2. Warunki optymalizacji
7.3. Analiza kosztów i oszczędności
8. Wymiarowanie izolacji cieplnych
8.1. Wstęp
8.2. Ustalenie grubości warstwy izolacyjnej
8.3. Wpływ warunków zewnętrznych
8.4. Analiza ekonomiczna
8.5. Oszczędność ciepła i kosztów energii
8.6. Wskaźniki oceny ekonomicznej
8.7. Wartości graniczne
8.8. Analiza techniczna
9. Przykłady obliczenia strat ciepła w przewodach i urządzeniach
9.1. Straty ciepła w przewodach parowych
9.2. Straty ciepła w rurociągach z wodą
9.3. Straty ciepła w urządzeniach przemysłowych
PRZEDMOWA
Od wielu lat izolacje cieplne są stosowane jako podstawowy i zarazem nieodłączny element w procesach modernizacji instalacji, urządzeń przemysłowych i budynków. Szczególnie w drugiej połowie lat siedemdziesiątych, bezpośrednio po okresie, w którym nastąpiła destabilizacja światowych cen paliw ropopochodnych, w krajach rozwiniętych rozpoczął się bardzo intensywny rozwój energooszczędnych technologii w przemyśle i budownictwie. Okres ten był wyjątkowo owocny w rozwoju techniki izolacyjnej i technologii produkcji materiałów termoizolacyjnych.
Niniejsza książka jest przeznaczona głównie dla inżynierów zajmujących się obliczaniem izolacji cieplnych i praktyką ich stosowania. Autor ma nadzieję, że udało mu się zaprezentować Czytelnikowi w wystarczającym stopniu podstawowe wiadomości z tej dziedziny.
Jest oczywiste, że w publikacji monograficznej tego rodzaju wykorzystuje się pracę wielu autorów i dlatego powoływanie się na materiały źródłowe jest w intencji autora pewnym, może niedostatecznym, wyrazem podziękowania dla ich wkładu w pracę. W wielu przypadkach autorowi nie udało się dotrzeć do materiałów źródłowych i z konieczności korzystał z innych monografii, które również powstały na bazie prac wielu autorów.
Pragnę podziękować opiniodawcy, Panu prof. zw. dr inż. Janowi Szargutowi, za uwagi i sugestie dotyczące zawartości książki, które przyczyniły się do uniknięcia wielu nieścisłości. Podziękowanie składam również Prezesowi firmy IZOMAR, Panu mgr. inż. Andrzejowi Jankowskiemu, za przychylenie się do mojej prośby o wydanie tej książki. Pragnę też podziękować mgr. inż. Jerzemu Witkowi z Instytutu Materiałów Ogniotrwałych, dr. inż. Tadeuszowi Kruczkowi z Politechniki Śląskiej oraz dr. hab. inż. Piotrowi Furmańskiemu za okazaną pomoc, a także wielu innym osobom, które udzieliły mi swego wsparcia zarówno podczas pracy nad książką, jak i przy przygotowaniu jej wydania.
Autor będzie wdzięczny Czytelnikom za ewentualne uwagi i sugestie dotyczące tej pracy, które będą wykorzystane w następnych jej wydaniach.
Jan Górzyński
1. WPROWADZENIE
Izolacje cieplne są postrzegane jako podstawowy i zarazem nieodłączny element w procesach modernizacji instalacji i urządzeń przemysłowych oraz budynków.
W drugiej połowie lat siedemdziesiątych, bezpośrednio po okresie destabilizacji światowych cen paliw ropopochodnych, w krajach rozwiniętych nastąpił ogromny rozwój energooszczędnych technologii w przemyśle i budownictwie. Szczególnie owocny był ten okres w rozwoju techniki izolacyjnej i technologii produkcji materiałów termoizolacyjnych.
1.1. IZOLACJE CIEPLNE W INSTALACJACH I URZĄDZENIACH
W wielu przypadkach zjawisko przepływu ciepła jest niepożądane, ponieważ powoduje straty i przyczynia się do zmniejszenia sprawności procesów wykorzystujących ciepło. Nie jest możliwe całkowite wyeliminowanie przepływu ciepła pomiędzy ciałami o różnych temperaturach; istnieją natomiast możliwości znacznego zmniejszenia jego intensywności. Zadaniem techniki izolacyjnej jest zmniejszenie gęstości strumienia ciepła przez zastosowanie, pomiędzy ciałami wymieniającymi ciepło, warstw materiałów o odpowiednich właściwościach fizycznych.
W związku z tym izolacje cieplne są stosowane w takich instalacjach, gdzie istnieje potrzeba zmniejszenia najczęściej niepożądanego przepływu ciepła. Ponadto stosowanie izolacji jest związane z problemem oszczędności energii. Ma to miejsce w instalacjach służących do wytwarzania i przesyłania ciepła, regulacji temperatury w różnych procesach produkcyjnych. Zastosowanie izolacji ma również związek z ochroną osób i urządzeń przed wpływem wysokiej lub niskiej temperatury, np. płomienia. Obszar zastosowania izolacji cieplnych jest bardzo rozległy – począwszy od kriogeniki poprzez chłodnictwo, budownictwo, ciepłownictwo i heliotechnikę, aż po metalurgię, energetykę, pożarnictwo i przemysł chemiczny.
W technice izolacyjnej rozpatruje się trzy ciała, pomiędzy którymi odbywa się przepływ ciepła:
– ciało chronione przed niepożądanymi stratami ciepła,
– ciało nagrzewane, czyli odbierające ciepło,
– izolację zmniejszającą intensywność przepływu ciepła.
W rozległych systemach cieplnych problem zmniejszenia strat ciepła przy umiarkowanych nakładach inwestycyjnych staje się bardzo ważny. W przemysłowych sieciach technologicznych zagadnienia strat ciepła i stosowania skutecznej izolacji są często jeszcze bardziej różnorodne. Odpowiednia technika izolacyjna może decydować nie tylko o oszczędności kosztów energii, lecz również o prawidłowym działaniu instalacji technologicznej.
Zwykle ciepło oddawane do otoczenia przez transportowany nośnik ciepła jest tracone bezużytecznie. Istnieją jednak nieliczne przypadki, kiedy część traconego ciepła zostaje wykorzystana użytecznie – np. ciepło oddawane przez przewody prowadzone w ogrzewanych pomieszczeniach budynków przemysłowych.
W wielu procesach egzotermicznych zachodzących przy wysokich temperaturach ciepło reakcji pozwala podgrzać substraty reakcji do odpowiednio wysokich temperatur umożliwiających przebieg procesu. Warunki takie występują np. przy konwersji tlenku węgla, syntezie amoniaku czy metanolu.
Wymiary i rodzaj materiału izolacyjnego powinny być tak dobrane, aby zapewnić:
– jak najmniejsze straty ciepła do otoczenia,
– utrzymanie temperatury powierzchni zewnętrznej przewodu lub aparatu na odpowiednio niskim poziomie,
– utrzymanie temperatury procesu wewnątrz aparatu lub temperatury nośnika ciepła wewnątrz przewodu na jak najwyższym poziomie.
Oszczędność ciepła, którą zapewnia zastosowanie dobrej izolacji cieplnej, można oszacować na przykładzie. Strumień ciepła tracony przez nieizolowaną powierzchnię zewnętrzną przewodu o długości 1 m i średnicy 0,324 m, transportującego czynnik o temperaturze 300°C, wynosi około 2560 W/m. Po nałożeniu warstwy izolacji strata ta może być obniżona do wartości 160 W/m.
Gdy czas pracy instalacji wynosiłby 6600 godzin rocznie, brak izolacji powodowałby stratę paliwa (węgla) w tym samym czasie w ilości 2,5 t rocznie.
W przewodach prowadzonych napowietrznie, przy dobrej izolacji cieplnej, wiatr i deszcz powodują zwiększenie strat ciepła przy wystarczającej grubości izolacji o 2–4%, natomiast przy małej grubości izolacji nawet o 8–12%.
Bezwzględna wartość strat ciepła do otoczenia w przewodach i urządzeniach praktycznie nie zależy od obciążenia. W przypadku przewodów oznacza to, że straty nie zależą od natężenia przepływu nośnika ciepła.
1.2. EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA IZOLACJI
Strumień ciepła przepływający przez izolację określają następujące wielkości:
– różnica temperatur pomiędzy zewnętrznymi powierzchniami warstwy izolacji ΔT,
– współczynnik przewodzenia ciepła λ,
– grubość warstwy izolacji g,
– pole powierzchni przepływu ciepła F.
Wydawnictwo Sorus,
DM Sorus sp. z o.o.,
Bóżnicza 15/6,
60-643 Poznań,
Poland,
sorus@sorus.pl,
tel. +48 61 653 01 43
Opinie
Nie ma jeszcze żadnych recenzji