Izolacje termiczne w zastosowaniach przemysłowych

Obliczanie optymalnych parametrów
W izolacjach przemysłowych bardzo ważny jest odpowiednio dobrany i szczelnie wykonany płaszcz ochronny.
W izolacjach przemysłowych bardzo ważny jest odpowiednio dobrany i szczelnie wykonany płaszcz ochronny.
Fot. J. Sawicki
Ciąg dalszy artykułu...

Obliczanie optymalnych parametrów

Dobra izolacja to taka, która w najwyższym stopniu ogranicza straty ciepła, zmniejsza zużycie surowców pierwotnych, a w związku z tym ogranicza wielkość emisji dwutlenku węgla do atmosfery. Aby izolacja przemysłowa mogła sprostać tym wymogom, musi mieć odpowiednią grubość, wynikającą z precyzyjnych obliczeń, powinna być zamontowana zgodnie z zasadami wiedzy technicznej (tzn. w maksymalnym stopniu pozbawiona mostków cieplnych), wykonana z najwyższą starannością, szczególnie w takich miejscach, jak armatura, połączenia kołnierzowe, urządzenia kontrolno-pomiarowe, podpory, konstrukcje wsporcze itd.

Wymaganiem podstawowym z punktu widzenia poprawności użytkowania energii jest określenie maksymalnych dopuszczalnych jednostkowych strat ciepła przez powierzchnie zewnętrzne izolowanych przegród (q) w funkcji grubości g. W odniesieniu do powierzchni płaskiej oblicza się ją według wzoru:

(1)

w odniesieniu do powierzchni walcowej (cylindrycznej):

(2)

gdzie:

dw – średnica wewnętrzna rurociągu, w odniesieniu do ściany przewodu o przekroju prostokątnym:

(3)

gdzie:

Pe – zewnętrzny obwód przewodu,
Pi – wewnętrzny obwód przewodu.

Jeśli założy się jako wielkości stałe wymiary przegrody oraz różnice temperatur wewnątrz i na zewnątrz, równania 1–3 ustawiają grubość izolacji w funkcji jednostkowych strat ciepła dokonywanych przez tę przegrodę.

Rys. 1. Zależność między gęstością strumienia strat ciepła a grubością; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych
Rys. 1. Zależność między gęstością strumienia strat ciepła a grubością; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych

Nie oznacza to jednak, że wskutek dowolnego powiększania grubości można doprowadzić do całkowitego wyeliminowania strat ciepła. Zwiększanie grubości izolacji powoduje bowiem wzrost powierzchni jej styku z otoczeniem, a to oznacza zwiększanie wielkości strumienia ciepła przejmowanego od powierzchni zewnętrznej przez otoczenie.

Na rys. 1 przedstawiono zależność między gęstością strumienia strat ciepła a grubością warstwy izolacyjnej.

Stanowi to uzasadnienie dla starannego doboru warstwy izolacji, opartego na gruntownej analizie jej właściwości i sposobu wykorzystania.

Każda warstwa izolacyjna powinna spełniać następujące kryteria techniczne:

  • mieć wysoką sprawność energetyczną i niską wartość strumienia ciepła traconego do otoczenia;
  • dostarczać nośnik ciepła przy jak najniższym spadku jego parametrów;
  • zapewniać niższą niż dopuszczalna temperaturę powierzchni zewnętrznej przegrody;
  • zabezpieczać przed wystąpieniem skraplania pary na powierzchni zewnętrznej przegrody;
  • mieć zabezpieczenie przed możliwością zamarzania nośnika ciepła.

Ekonomiczna grubość izolacji

Podczas projektowania izolacji cieplnych warto wykonać analizę ekonomiczną, która umożliwia:

  • zbadanie opłacalności przedsięwzięć usprawniających użytkowanie energii związanych z zastosowaniem izolacji,
  • porównywanie kilku wariantów usprawnienia w celu dokonania wyboru rozwiązania najkorzystniejszego ekonomicznie,
  • określenie ekonomicznie uzasadnionych wymiarów izolacji.

W większości sytuacji analiza wykaże konieczność zwiększenia grubości izolacji.

Ekonomiczna optymalizacja grubości warstwy izolacyjnej w uproszczeniu polega na tym, aby wzrostowi kosztów zwiększonej grubości izolacji towarzyszył przynajmniej taki sam spadek kosztów energii cieplnej w czasie t eksploatacji urządzenia wyposażonego w tę izolację. Określają ją odpowiednie obliczenia, a mianowicie:

  • roczna oszczędność kosztów wynikających ze zmniejszonego zużycia energii:

–ΔE = –ΔQe
ΔQ = Q1 - Q2
ΔE = E1 - E2

gdzie:

ΔE – roczna oszczędność kosztów energii, zł/rok;
ΔQ – roczne zmniejszenie zużycia ciepła, MJ;
e – jednostkowy koszt energii [zł/MJ];

  • oszczędność kosztów energii w poszczególnych latach t:

ΔE1 = -ΔE0 (1+s)t (7)

gdzie:

s – średnia w okresie eksploatacji stopa wzrostu cen energii;
E0 – koszt energii w roku bazowym.

Aby obliczyć opłacalność przedsięwzięcia w czasie, należy porównać oszczędności kosztów energii w czasie t z wydatkami poniesionymi na modernizację J0. Służy do tego bieżąca wartość netto NPV (Net Present Value), otrzymana przez zdyskontowanie oddzielnie dla każdego roku przepływów pieniężnych w całym okresie eksploatacji przedsięwzięcia:

(8)

gdzie:

αt – współczynnik dyskontujący liczony jako

r – stopa dyskonta.

Z tego równania wynika, że zwiększenie grubości izolacji przyczynia się wprawdzie do wzrostu kosztów inwestycji lub realizacji przedsięwzięcia, ale także do obniżenia kosztów dostarczonej lub wyprodukowanej energii cieplnej. Zmiana tych dwóch wielkości przy zwiększeniu grubości daje podstawę do ustalenia ekonomicznie uzasadnionej grubości izolacji, przy której wartość NPV osiąga wielkość maksymalną, czyli:

NPV → maks. to g → g opt.

Jednym z zastosowań bieżącej wartości netto jest użycie jej w analizach ekonomicznej opłacalności realizacji przedsięwzięć modernizacyjnych lub inwestycyjnych jako kryterium wyboru najkorzystniejszego z rozpatrywanych rozwiązań. Dzięki temu narzędziu można określić optymalną grubość nowo zakładanej lub dodatkowo uzupełnianej warstwy izolacji. Kryterium tej grubości najczęściej okazuje się warunek maksymalizacji efektu ekonomicznego NPV, wyrażonego w bieżącej wartości pieniężnej.

Rys. 2. Przebieg wartości NPV w funkcji grubości warstwy izolacji; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych
Rys. 2. Przebieg wartości NPV w funkcji grubości warstwy izolacji; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych

Na rys. 2 pokazano przebieg wartości NPV w funkcji grubości warstwy izolacji:

  • krzywa 1 nie uwzględnia kosztów ekologicznych,
  • krzywa 2 obejmuje koszty efektów ekologicznych,
  • krzywa 3 ilustruje przebieg oszczędności ciepła – ΔQ w funkcji grubości izolacji g.

W pierwszym przypadku maksymalnej wartości NPV odpowiada optymalna grubość izolacji g = 140 mm,
w drugim – NPV maks. występuje przy g =180 mm z powodu pokrycia dodatkowych kosztów poniesionych szkód ekologicznych.

Rys. 3. Wyznaczanie ekonomicznej grubości izolacji; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych
Rys. 3. Wyznaczanie ekonomicznej grubości izolacji; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych

To samo zagadnienie można przedstawić za pomocą zależności kosztów traconego ciepła i kosztów izolacji od jej grubości. Jak widać na wykresie zamieszczonym na rys. 3, przy małych grubościach izolacji jej koszty są niewielkie, za to bardzo duże są koszty strat ciepła. Wraz ze wzrostem grubości izolacji wzrastają koszty izolacji, a maleje koszt traconego ciepła. Przy odpowiedniej grubości te dwa parametry osiągają tę samą wartość – w punkcie przecięcia się krzywej kosztów izolacji z krzywą kosztów strat ciepła wyznaczona zostaje optymalna grubość, zwana ekonomiczną grubością izolacji.

Czas zwrotu inwestycji

Przybliżoną ocenę opłacalności usprawnienia można wykonać za pomocą następnego narzędzia ekonomicznego – PB (Pay Back – zwrot nakładów).

Umożliwia ono:

  • sprawdzenie, czy przedsięwzięcie nie jest obarczone zbyt dużym ryzykiem i czy suma nakładów finansowych w ogóle podlega zwrotowi;
  • wstępne oszacowanie okresu zwrotu poniesionych nakładów;
  • podjęcie optymalnej decyzji dotyczącej wyboru rozwiązania zapewniającego jak najszybsze odzyskanie nakładów początkowych.

Prosty okres zwrotu nakładów SPB (Simple Pay Back) wyraża czas niezbędny do odzyskania początkowych nakładów poniesionych na dane usprawnienie. Można go wyliczyć za pomocą równania:

(9)

gdzie:

J0 – początkowy nakład inwestycyjny,
–ΔE0 – roczna oszczędność kosztów energii,
–ΔR0 – roczne zmniejszenie kosztów remontu izolacji.

Okres zwrotu nakładów PB, określony jako czas niezbędny do odzyskania nakładów początkowych poniesionych na realizację przedsięwzięcia, to okres, w którym wpływy uzyskane w wyniku modernizacji zrównają się z początkowym nakładem inwestycyjnym J. Oblicza się go według wzoru:

(10)

w którym:

Z = D + A + F (11)

gdzie:

D – dochód zmniejszony o podatek,
A – amortyzacja,
F – koszty obsługi finansowej (odsetki od kredytów).

Rys. 1. Zależność między gęstością strumienia strat ciepła a grubością; rys. Polskie Stowarzyszenie Wykonawców Izolacji Przemysłowych
Rys. 4

Na rys. 4 przedstawiono analizę zwrotu nakładów poniesionych na zmianę grubości izolacji rurociągu pary o średnicy ø 324 i temperaturze wewnętrznej 385°C ze 150 mm na wyliczoną izolację ekonomiczną g gr. 230 mm.

Jak widać, wstępnie poniesione większe nakłady na tzw. ekonomiczną izolację już po 37 miesiącach wyrównują się z kosztami izolacji tradycyjnej, by później przez zauważalną redukcję kosztów energii przynieść pokaźne zyski.
Warto też pamiętać, że ekonomiczna izolacja to nie tylko ograniczenie strat ciepła w celu osiągnięcia określonych efektów finansowych, lecz także zmniejszenie zużycia pierwotnych surowców energetycznych i ograniczenie emisji dwutlenku węgla do atmosfery.

Podsumowanie

  • Ilość wytwarzanego ciepła i emisji dwutlenku węgla zależy m.in. od jakości izolacji przemysłowych. Skuteczna izolacja oznacza bowiem mniejsze straty ciepła oddawanego do atmosfery i lepsze wykorzystanie wytworzonej energii cieplnej.
  • Mniejsze straty ciepła oznaczają mniejsze zapotrzebowanie na produkcję energii, a więc mniejsze zużycie pierwotnych surowców energetycznych oraz zmniejszenie emisji pochodnych produktów spalania do atmosfery.
  • Aby izolacja rzeczywiście przyczyniała się do oszczędzania energii cieplnej i zapewniała optymalne warunki do pracy urządzeń, potrzeba wiedzy, umiejętności i staranności pracy kadry inżynieryjno-technicznej i pracowników produkcyjnych. Potrzeba też czasu na wykonanie robót zgodnie z dokumentacją techniczną, normami i innymi przepisami określającymi wymogi stawiane izolacjom.

Literatura

1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2012/27/UE z dnia 25 października 2012 r. w sprawie efektywności energetycznej, zmiany dyrektyw 2009/125/WE i 2010/30/UE oraz uchylenia dyrektyw 2004/8/WE i 2006/32/WE (DzU UE L 315/1).
2. Ustawa z dnia 20 maja 2016 r. o efektywności energetycznej (DzU 2016, poz. 831)
3. Górzyński J., Przemysłowe izolacje cieplne, Wydawnictwo Sorus, Poznań 1996.
4. Gascha H., Pflanz S., Fizyka. Kompendium, Świat Książki, Warszawa 2005.
5. Borowski C., Fizyka. Krótki kurs, WNT, Warszawa 1995.
6. Kostowski E., Przepływ ciepła, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 1991.
7. Wiśniewski S., Wymiana ciepła, PWN, Warszawa 1979.
8. Górzyński J., Audyting energetyczny obiektów przemysłowych, Fundacja Poszanowania Energii, Warszawa 1995.
9. Dobija M., Elementy rachunkowości zarządczej, Fundacja Rozwoju Rachunkowości Zarządczej w Polsce, Warszawa 1991.
10. Dąbkowski M., Efektywność inwestycji według Banku Światowego, Centrum Informacji Menadżera, Warszawa 1999.
11. Encyklopedia fizyki współczesnej, PWN, Warszawa 1994.
12. Borkowski R., Izolacje termiczne w zastosowaniach przemysłowych, „Izolacje” nr 10/2014.

Czytaj też: Instalacje przemysłowe a izolacje oszczędzające ciepło i chłód >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   27.09.2017

Komentarze

(1)
Krzysztof J. | 11.03.2019, 12:55

Witam, Bardzo ciekawy artykuł o stosowanych w przemyśle materiałach izolacyjnych. Dla tych którzy chcieliby pogłębić wiedzę na temat izolacji stosowanych w przemyśle polecam stronę polskiego producenta. Na stronie vitcas wyszczególniono kilka sztandarowych produktów z zakresu termoizolacji.

   1 / 1   

Wybrane dla Ciebie



Zaprojektuj niezawodne instalacje w budynku »

Czy wiesz, jakich błędów unikać przy instalacji? »

zawory antyskażeniowe
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


 Jak zapewnić skuteczny monitoring parametrów środowiskowych w pomieszczeniach medycznych »

izolacje w instalacji


 


Czy bezdotykowy design stanie się standardem? »

Jak zminimalizować stratę energii w układach wentylacyjnych »
armatura bezdotykowa
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Zbliża się zima 100-lecia? Z jakim urządzeniem zaoszczędzisz najwięcej »

oszczednosc energii



O czym dowiesz się na międzynarodowym spotkaniu instalatorów »

Czy wiesz, na której platformie znajdziesz niezbędne narzędzia dla instalatora i dostaniesz 500zł »
 
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Co zrobić kiedy nie możesz pozbyć się wody z wycieku »

wyciek z rury


 


Jaki wybrać płyn do instalcji w przemyśle spożywczym »

Od czego zacząć, gdy chcesz zabezpieczyć hale przemysłowe przed pożarem »
panele fotowoltaiczne ochrona przed pożarem
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Jak zabezpieczyć dylatację przed pożarem »

dyletacja

 



Do 77% oszczędności na zużyciu energii »

Z poradnika hydraulika - gdzie kupisz sprawdzony sprzęt »

cichy oszczedny klimatyzator hydraulik
jestem na bieżąco » korzystam z wiedzy »

 


 


Które pompy ściekowe mogą być stosowane na dużej głębokości » Upały dają się we znaki! Co lepsze? Centrala wentylacyjna czy rooftop? »
kanalizacja wentylatory
wiem więcej » poznaj dziś »

 



Poznaj metody na oszczędność wody »

W czym tkwi sedno w projektowaniu instalacji grzewczej »
produkcja studni wodomierzowych
jestem na bieżąco » korzystam z udogodnień »

 


Ekspert Budowlany - zlecenia

Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
7-8/2021

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 7-8/2021
W miesięczniku m.in.:
  • - Nowe kotły gazowe
  • - Retencja wód opadowych
Zobacz szczegóły

Bezpłatny newsletter

Mamy dla Ciebie prezent 


Wystarczy,

że zapiszesz się na newsletter,
a otrzymasz link do

e-book

" Kotły na biomasę i biopaliwa "

Zapisuję się »

Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl