Obliczanie grubości izolacji technicznych zgodnie z nową normą PN-EN ISO 12241

Polskie przepisy budowlane szczegółowo określają wymagane grubości izolacji cieplnej dla przewodów instalacji ogrzewczych – poświęcono im załącznik nr 2 rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [1]. Brakuje natomiast podobnych wymogów prawnych dotyczących grubości izolacji rurociągów przemysłowych i energetycznych.

Podstawą takich obliczeń jest zwykle ceniona przez branżę izolacyjną norma ­PN-B-20105:2014-09 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wymagania dotyczące projektowania, wykonania i odbioru robót [2, 3]. Zaleca ona z kolei określanie grubości izolacji według PN-EN ISO 12241:2010 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczania [4].

Metody obliczania właściwości instalacji przemysłowych związanych z przenoszeniem ciepła, głównie w warunkach ustalonych, wywiedzione zostały bezpośrednio z prawa przewodzenia ciepła Fouriera, a w przypadku komponentów związanych z promieniowaniem i konwekcją uwzględnia się liczby kryterialne (np. Nusselta) i wzory oparte na wynikach badań laboratoryjnych. Norma umożliwia m.in. uwzględnienie wpływu warunków otoczenia czy wyznaczenie grubości izolacji cieplnej zapobiegającej kondensacji powierzchniowej pary wodnej.

PN-EN ISO 12241 wymagała zmian

Wskazywano, że jedną z niedoskonałości normy PN-EN ISO 12241:2010 jest nadmierne uproszczenie szacowania wpływu mostków cieplnych (takich jak armatura, szczególnie nieizolowana, połączenia i podpory) na całkowite straty ciepła przez rurociągi przemysłowe [4] – z uwzględnieniem głównie ich liczby lub rozmieszczenia, bez różnorodności stosowanych konstrukcji. To m.in. z tego powodu we wrześniu 2022 r. ukazała się znowelizowana norma: ISO 12241:2022 Thermal insulation for building equipment and industrial installation. Calculation rules. Została ona przyjęta do katalogu norm PKN w grudniu 2022 roku jako PN-EN ISO 12241:2022-12 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczania [6] i ma charakter „normy okładkowej”, czyli w języku polskim są tylko okładki, a treść normy jest w języku angielskim. Przyjęcie trzeciej już edycji tej normy spowodowało wycofanie wydania drugiego – ISO 12241:2008, a w Polsce PN-EN ISO 12241:2010 [3].

Przedmowa normy wskazuje, że główne zmiany dotyczą:

• „ obliczeń części konwekcyjnej współczynnika przenoszenia ciepła dla powierzchni zewnętrznej;
• „ uwzględniania mostków cieplnych w obliczaniu ogólnych strat ciepła (rozdział 4.2. Determination of the influence of thermal bridges – Wyznaczenie wpływu mostków cieplnych);
• „ wprowadzenia szczegółowych danych i metody obliczeniowej armatury (jako mostków cieplnych) – zawiera je załącznik A Mostki cieplne o charakterze informacyjnym.

Jak liczyć mostki cieplne zgodnie z normą PN-EN ISO 12241?

Obecność mostka cieplnego uwzględniana jest jako dodatkowy strumień ciepła przenoszony przez izolowany rurociąg. Elementy znajdujące się w warstwie izolacyjnej (połączenia i podpory) uwzględnia się poprzez uzupełnienie obliczeniowej przewodności cieplnej izolacji o dodatek Δλ (rozdział 4.1.4). Dodatek Δλ przyjmuje wartość zależną od materiału, z którego wykonano dany element (np. w załączniku A wskazano łączniki wykonane z ceramiki, stali i stali nierdzewnej), jego geometrii (np. przekroju konstrukcji wsporczej) oraz liczby zastosowanych elementów.

Mostki cieplne będące elementami instalacji rurowych – armatura, zawory, zasuwy i ich kołnierze – uwzględniane się przez wyznaczenie dodatkowego strumienia traconego przez każdy mostek (rozdział 4.1.6 i 4.2.3), poczynając od obliczenia współczynnika mostka cieplnego (ang. thermal bridge coefficient) K [W/K]. Dodatkowy strumień ciepła można wyznaczyć w formie uproszczonej (jak w dotychczasowej wersji normy, z zastosowaniem dodatku w postaci długości równoważnej Δλ) lub określić go bardziej precyzyjnie. W tym drugim przypadku stosuje się iloczyn współczynnika K i różnicy temperatury między powietrzem w otoczeniu rurociągu i medium prowadzonym przez daną rurę (wzór nr 57). Wartość współczynnika mostka cieplnego K dla par kołnierzy, nieizolowanych zaworów, zasuw z parami kołnierzy, nieizolowanych pomp pozwala określić załącznik A („informacyjny”). Załącznik ten zawiera m.in. liczne wzory wyznaczone z zastosowaniem symulacji metodą elementów skończonych.

Dokładne obliczenia mostków cieplnych przekładają się na bardziej precyzyjny dobór grubości izolacji rurociągów przemysłowych, co istotnie wpływa zarówno na efektywność energetyczną danego procesu przemysłowego, jak i aspekty ekonomiczne (również według tego kryterium wyznacza się grubość izolacji spełniającej określone warunki). Korzystając z programów obliczeniowych producentów izolacji technicznych, zawsze warto sprawdzić, czy obliczenia dokonywane są już według zasad podanych w nowej normie.

opr. red.

Literatura

1. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 kwietnia 2002 r. w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (t.j. DzU 2022, poz. 1225)
2. PN-B-20105:2014-09 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wymagania dotyczące projektowania, wykonania i odbioru robót
3. Miros Artur, Wymagania izolacyjności cieplnej w instalacjach technicznych i przemysłowych, „Izolacje” 9/2020
4. PN-EN ISO 12241:2010 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczania
5. Gargula Marek, Analiza strat ciepła przez mostki termiczne w izolacjach rurociągów, Kraków 2010
6. PN-EN ISO 12241:2022-12 Izolacja cieplna wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Zasady obliczania