عایق های حرارتی - عایق کاری لوله ها


عایق کاری مناسب لوله ها، متاثر از عوامل متعددی است که از مهم ترین آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

- ضریب انتقال حرارت (k-value) یا ضریب مقاومت حرارتی (R-value)

- ضریب تابش سطح (emissivity)

- مقاومت در مقابل بخار (u-value)

- ضخامت عایق

- چگالی عایق

عوامل دیگری نیز در عایق کاری لوله ها دخیل هستند مانند درصد رطوبت محیط و مقدار و فضای باز بین عایق ها که پرداختن به آنها از حوصله این متن خارج است. می توان فهرست کاملی از عوامل دخیل در عایق کاری لوله ها را در استانداردها مانند EN ISO 23993 یافت.

 

ماده عایق

اینکه عایق از چه جنسی باشد، تاثیر مهمی در محاسبات و عملکرد عایق کاری لوله ها خواهد داشت. موادی که برای عایق کاری لوله ها استفاده می شوند، عمدتا از انواع زیر هستند:

1- پشم معدنی

پشم های معدنی، شامل پشم سنگ و پشم سرباره، از الیاف غیرارگانیک تشکیل شده اند که توسط رزین ارگانیک به هم متصل شده اند. پشم های معدنی مقاومت حرارتی بسیار بالایی داشته و تقریبا در تمامی اندازه های استاندارد لوله های صنعتی یافت می شوند. از پشم سنگ هم به عنوان عایق حرارتی و هم به عنوان عایق صوتی و ضدآتش استفاده می شود.

2- پشم شیشه

پشم شیشه نیز، مانند پشم سنگ ازالیاف غیرارگانیک شیشه که بوسیله رزین ارگانیک به هم متصل شده اند، ساخته شده است. مانند عایق های الیاف معدنی، پشم شیشه نیز در هم در عایق کاری حرارتی و هم در عایق کاری صوتی بکار می رود. پشم های معدنی و پشم شیشه، عایق گرم محسوب می شوند.

3- فوم های انعطاف پذیر الاستومری

فوم های انعطاف پذیر، فوم های نرم ساخته شده از لاستیک الاستومر NBR یا EPDM و یا فوم های پلی اتیلنی (XPE / EPE) هستند. اینگونه فوم ها، عایق سرد محسوب شده و مقاومت به نفوذ بخار بسیار بالایی دارند به طوری که دیگر نیاز به پوشش بخار خارجی ندارند. مقاومت بخار عالی فوم های انعطاف پذیر به همراه تابش مناسب سطح لاستیک، فوم های انعطاف پذیر را عایقی ایده آل با ضخامت کم برای جلوگیری از چگالش و تبرید در عایق کاری لوله های سرد، معرفی می کند. به این ترتیب، فوم های انعطاف پذیر، به مقدار قابل توجهی در یخچال ها، مبردها، سردخانه ها و سیستم های تهویه مطبوع، استفاده می شود. از فوم های الاستومری و XPE در خطوط لوله گرم نیز استفاده می شود.

4- فوم های صلب

از فوم های صلب پلیمری مانند فنولیک و پلی یورتان و یا پلی استایرن نیز در عایق کاری لوله ها استفاده می شود. این گونه فوم ها، ضریب انتقال حرارت بسیار پایینی دارند ولی خواص ضد آکوستیکی بسیار ناچیزی دارند. این فوم ها به صورت تزریقی یا پیش شکل های آماده در ابعاد استاندارد لوله ها، در بازار موجود هستند.

 

میزان جریان حرارت و ضریب مقاومت حرارتی (R-value)

بر اساس استانداردهای ASTM C 680 و EN ISO 12241 مقدار میزان انتقال حرارت از طریق رابطه زیر محاسبه می شود.

EQ pipe insulation 1

که در آن:

عبارت Θiدمای داخلی لوله و Θa دمای خارجی لوله و محیط RT مجموع مقاومت حرارتی همه لایه های عایق روی لوله به اضافه مقاومت حرارت سطوحی خارجی و داخلی خود لوله هستند.

برای محاسبه میزان انتقال حرارت، اول لازم است مقاومت حرارتی هر لایه عایق را محاسبه نمود. ضریب مقاومت حرارتی عایق با پارامترهای متعددی چون ضخامت، دمای متوسط کاری، قطر خارجی لوله، ضریب انتقال حرارت (k-value) تغییر می کند. در حالت ساده شده، می توان ضریب مقاومت حرارتی هر لایه عایق را با استفاده از رابطه زیر محاسبه کرد:

 EQ pipe insulation 2

که در آن:

عبارت D0 بیانگر قطر خارجی عایق، Di بیانگر قطر داخلی عایق و λ بیانگر ضریب انتقال حرارت عایق در دمای متوسط کاری است.

محاسبه ضریب مقاومت حرارتی سطوح داخلی و خارجی لوله ها، پیچیده بوده و نیازمند در اختیار داشتن ضریب انتقال حرارت سطوح داخلی و خارجی لوله است که این ضرایب با روش های تجربی بدست آمده و در استانداردهای مختلف متفاومت هستند. برای توضیحات بیشتر در مورد تخمین ضریب انتقال حرارت سطوح داخلی و خارجی لوله به استانداردهای ASTM C 680 و EN ISO 12241 مراجعه فرمایید.