Rozprowadzanie chłodu poprzez instalację tzw. wody lodowej to najczęściej spotykane rozwiązanie klimatyzacji pomieszczeń. Typowa woda lodowa to zwykle 30-proc. roztwór wodny glikolu etylowego o temperaturze na wyjściu z agregatu wody lodowej (chillera) rzędu +5 do +7°C. Woda lodowa rozprowadzana jest w budynku instalacją rurową do klimakonwektorów - wymienników ciepła, w których następuje schłodzenie wentylowanego powietrza i jednocześnie podniesienie temperatury wody lodowej do około +12°C (Czytaj więcej na ten temat). Następnie woda lodowa powraca do agregatu, w którym schładzana jest ponownie do temperatury wyjściowej rzędu +5 do +7°C.
Przeczytaj artyukuł: Układy wody lodowej. Zastosowanie czynników o niskiej temperaturze krzepnięcia »
Instalacja wody lodowej zbudowana jest z rur o różnych średnicach, najczęściej od 42 do 200 mm. Z uwagi na niską temperaturę ośrodka instalacja wody lodowej musi być izolowana termicznie w celu uniknięcia skraplania zawartej w powietrzu pary wodnej na powierzchni rur. Minimalna grubość izolacji powinna być dobrana tak, aby temperatura na jej zewnętrznej powierzchni była wyższa od temperatury punktu rosy otaczającego powietrza. Ponadto izolacja powinna być ciągła na całej długości rury oraz na kształtkach (kolanka, trójniki itp.) i w miejscach podparcia.
Jakakolwiek nieciągłość izolacji: przerwy, nieszczelne połączenia, zgniecenia, to miejsce, w którym może nastąpić kondensacja pary wodnej, pomimo ogólnie poprawnie dobranej minimalnej grubości. Materiałem zapewniającym szczelność połączeń, nawet na skomplikowanych kształtkach, jest izolacja z kauczuku syntetycznego. Dodatkowo izolacja z kauczuku syntetycznego charakteryzuje się niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła rzędu 0,033 do 0,036 W/mK w temperaturze 0°C i wysokim współczynnikiem oporu na dyfuzję pary wodnej rzędu 7000 i więcej.
Minimalna grubość izolacji
Czynnikiem mającym istotny wpływ na poprawny dobór minimalnej grubości izolacji, ale często nieuwzględnianym należycie w obliczeniach, jest współczynnik przejmowania ciepła na powierzchni zewnętrznej izolacji h [W/m2K]. Dokładne obliczenie lub oszacowanie wielkości tego współczynnika jest trudne, gdyż zależy on od wielu zmiennych, m.in od temperatury zewnętrznej powierzchni izolacji, a więc obliczenie współczynnika przejmowania ciepła wymagałoby stosowania metody iteracyjnej.
Poznaj wymagania prawne dot. izolacji technicznych »
Pewne wzory podane są w normie ISO 12241 „Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczania”, jednakże w praktyce inżynierskiej nie są one stosowane z uwagi na konieczność iteracji i zbyt szczegółowe obliczenia osobno dla rur pionowych i poziomych.
W praktyce wystarczy przyjęcie pewnej stałej minimalnej wartości współczynnika przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni izolacji, np. h = 9 W/m2K. Minimalna grubość izolacji obliczona przy zastosowaniu takiej wartości współczynnika przejmowania ciepła na pewno nie będzie za mała, gdyż dla wyższych wartości współczynnika przejmowania ciepła obliczona minimalna grubość izolacji będzie mniejsza.
Wartość współczynnika przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni izolacji h = 9 W/m2K jest poprawna dla powierzchni niemetalicznych (np. izolacji kauczukowych) w warunkach swobodnej konwekcji (cyrkulacji) powietrza. Jednakże w innych warunkach, tzn. gdy zastosowany jest płaszcz z blachy stalowej lub aluminiowej lub gdy cyrkulacja powietrza jest ograniczona, np. w warunkach ciasnej zabudowy, wartość tego współczynnika będzie znacznie mniejsza, a tym samym minimalna grubość izolacji będzie większa.
W takich warunkach należy przyjmować inne wartości współczynnika przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni izolacji lub płaszcza:
- izolacja pokryta płaszczem z blachy stalowej: h = 7 W/m2K,
- izolacja pokryta płaszczem z blachy aluminiowej: h = 5 W/m2K,
- ograniczona cyrkulacja powietrza: h = 3 W/m2K (lub nawet niższa wartość w szczególnych przypadkach).
Nieuwzględnienie niższej wartości współczynnika przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni przy zastosowaniu płaszcza z blachy stalowej lub aluminiowej, co ma miejsce zwykle na instalacjach prowadzonych na zewnątrz budynków, a tym samym przyjęcie zbyt małej grubości izolacji w praktyce nie powoduje często skutków kondensacji, gdyż w warunkach przepływu powietrza i wskutek działania wiatru rzeczywista wartość współczynnika przejmowania ciepła jest wyższa niż założona wartość minimalna.
Jednakże w warunkach ograniczonej cyrkulacji powietrza nieuwzględnienie niższej wartości współczynnika przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni izolacji i w związku z tym przyjęcie zbyt małej grubości izolacji skutkuje kondensacją pary wodnej. Przyjmuje się, że swobodna cyrkulacja powietrza jest zapewniona, gdy:
- pomieszczenie lub przestrzeń są wentylowane,
- minimalna odległość izolowanych rur od innych obiektów wynosi 100 mm,
- minimalna odległość izolowanych zbiorników od innych obiektów wynosi 1000 mm.
Ogólnie przy obliczeniu minimalnej grubości izolacji ze względu na uniknięcie kondensacji pary wodnej należy uwzględnić:
- temperaturę ośrodka (wody lodowej),
- temperaturę otoczenia,
- wilgotność względną otoczenia,
- współczynnik przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni izolacji lub płaszcza z blachy.
Przykładowe obliczone minimalne grubości izolacji bez płaszcza, w warunkach swobodnej cyrkulacji powietrza, podano w tabeli 1.
