Materijali Toplotne izolacije – izuzetan razvoj tehnike

Toplotne izolacije – izuzetan razvoj tehnike

Toplotne izolacije - izuzetan razvoj tehnike

U današnjim vremenima prisutan je izuzetan razvoj tehnike, prestalo je korišćenje planske izgradnje velikih razmera. Tehnika se sve više primenjuje, a njeni efekti su podvrgnuti ekonomskoj kontroli.

Tehnika se sve više primenjuje, a njeni efekti su podvrgnuti ekonomskoj kontroli

Danas nije dovoljno da se zna kako ćemo proizvoditi, već je odmah na početku nužno da se proceni koliko će koji proizvod koštati. U kalkulacijama dolaze do izražaja troškovi toplotne ekonomike. U modernoj industriji se sve više radi sa visokim temperaturama, bilo da je to u hemiji, ili topionicama, a nasuprot tome često se radi sa niskim temperaturama. To sve nameće povećane zahteve u pogledu toplotne ekonomike, a time i u pogledu termoizolacija koje smanjuju gubitke toplote na najnužniju meru.

Tome se pridružuju i zahtevi modernog građevinarstva, gde je u maksimalno olakšanim građevinama, bilo javnim, bilo stambenim, nužno da se nedostatak mase nadoknadi efikasnim, a pored toga i lakim izolacionim materijalima.

Zamislimo li se nad tim, kako su, usled tehničkog napretka, ugalj i drvo postali dragocene sirovine, i koji se novi proizvodi mogu često najekonomičnije proizvoditi samo iz uglja, doći ćemo do zaključka da je ugalj i energiju dobijenu iz njega, potrebno štedeti u najvećoj meri.

Zahtevi modernog građevinarstva

Troškovi proizvodnje toplotne energije su dosta visoki. Troškovi hlađenja su 20 do 40 puta veći od troškova proizvodnje toplote. U toj proizvodnji moguće je pomoću termoizolacije da se gubici smanje na minimum. To je moguće samo tako, ako izaberemo ispravnu i dovoljno dimenzionisanu termoizolaciju i, ako istovremeno uzmemo u obzir mogućnost da se, na osnovu tehničkih i ekonomskih proračuna, postignu najniži troškovi izrade, eksploatacije i održavanja.

Značaj termoizolacije se u mnogim slučajevima ili potcenjuje ili malo i nepravilno ističe. Takav stav nastao je usled nedovoljnog poznavanja struke termoizolacije i njihovog značaja, kako sa gledišta projektanata, tako i sa gledišta samih proizvođača. Termoizolacije su mnogo puta predlagane i primenjene nepravilno, u nedovoljnim razmerama, a često su bile i potpuno zanemarene. Tako u privredi i zgradarstrvu nastaju izuzetno veliki gubici.

Sa razvojem tehnike, termoizolacija postaje sve češće sastavni deo tehnološkog postrojenja, i to deo bez koga ne bi bilo moguće sprovoditi pravilan tehnološki proces bilo u hemiji, energetici, prehrani ili bilo gde.

Sa razvojem tehnike, termoizolacija postaje sve češće sastavni deo tehnološkog postrojenja

Termoizolacija mora osigurati dobar i nesmetan pogon termocentrala, uređaja za hlađenje i drugih izvora toplotne energije. Zato svaki projektant, rukovodilac gradnje, energetičar, tehnolog, ili pogonski stručnjak koji dolazi u kontakt sa termoizolacijom mora imati potrebno znanje o vrstama, karakteristikama i upotrebi temoizolacije. Svi ti stručnjaci upućeni su na proučavanje naše, a naročito strane literature, i na sticanje praktičnih iskustava neposredno u pogonima.

Termoizolaciona tehnika je struka čiji je zadatak da ograniči toplotne gubitke stambenih i industrijskih zgrada, kao i energetskih i drugih postrojenja. U poslednje vreme postaje nerazdvojni deo ne samo građevinarstva, nego i mnogih drugih industrijskih grana. Iz tog razloga povećavaju se zahtevi u odnosu na proizvodnju izolacionih materijala, na projektovanje i montažu, a time i na stručnu sposobnost svih onih koji u procesu proizvodnje i montaže dolaze u dodir sa termoizolacijom. Inženjer koji se bavi ovim problemima mora poznavati osnove teorije prostiranja toplote, izolacione materijale i načine primene izolacione tehnike u pogonu. Zbog nedostatka dostupne literature nije uvek bilo jednostavno postići znanje iz termoizolacione tehnike. U ovom radu će se u sažetom obliku izneti dosadašnja teoretska i praktična znanja iz ove oblasti.

2. GRAĐEVINSKI MATERIJALI U POGLEDU TOPLOTNO IZOLACIONIH OSOBINA

Građevinski materijali u pogledu toplotno izolacionih sposobnosti variraju u veoma širokim granicama od 0,035–3,5 W/mK. Međutim, po nekim dogovorenm kriterijumima toplotno izolacioni materijali su oni kod kojih je λ u granicama od 0,035–0,20 W/mK.

Od termo izolacionih materijala se zahteva:

  • da imaju malu zapreminsku masu
  • da imaju što veću poroznost, uz ravnomernu raspodelu pora, po mogućnosti što manjeg prečnika
  • da propuštaju vodenu paru i vazduh
  • da imaju što manje upijanje vode
  • da su otporni na dejstvo mraza
  • da budu postojani na višim i nižim temperaturama
  • da su otporni na dejstvo požara
  • da su trajni i postojani
  • da ne primaju i ne zadržavaju mirise

Podela termoizolacionih materijala može se izvršiti po različitim osnovama, i to po osnovu porekla, prirode, strukture itd. U ovom radu su navedene podele prema poreklu:

Termo izolacioni materijali

mineralni prirodni
organski malter i beton
sintetički vlakna

2.1 Termo izolacioni materijali organskog porekla

2.1.1 Pluta

Pluta se dobija od kore hrasta plutnjaka (Quercus Suber), čija je osobina da regeneriše koru posle skidanja. Koristi se drugi sloj kore („ženska pluta“), posle skidanja prvog („muška pluta“). Pluta je najbolji prirodni termoizolacioni materijal biljnog porekla koji objedinjuje sve zahtevane osobine: malo ρ, dobra čvrstoća, elastičnost, otpornost na truljenje, nepropustljivost, dobar je termički i zvučni izolator, za sagorevanje je potrebna velika količina kiseonika. Kada se usitni u prah, u kontaktu sa plamenom, brzo gori uz eksploziju. Upija najviše 18-20 % vode. Ravnotežna vlažnost je 6-10 %. Poroznost je velika, 1m3 plute sadrži 21 milion mehurića vazduha.

Glavni sastojci plute su:
– suberina (polimerizovan anhidrid mas. kis.) 58 %
– celuloza 22 %
– lignin 12 %
– cerin 2 %

Suberina ima ulogu veziva u toku ekspandiranja i presovanja granula od plute. Ekspandiranje se vrši na temperaturi od 200-300 ºC, u zavisnosti od toga da li se radi pomoću pare ili gasa. Termo izolacioni materijali se dobijaju od otpadaka plute, pri proizvodnji zapušača. Otpad se melje, lije i oblikuje u ploče, kokile i dr, uz dodatak mekog veziva.

Ploče od granulovane plute, prema vrsti veziva i prema primeni mogu biti:

  • ploče od ekspandiranih granula sa bitumenom kao vezivom,
  • ploče od ekspandiranih granula,
  • ploče od elastičnih granula sa vezivom od tutkala,
  • ploče od ekspandiranih granula sa vezivom od vodenog stakla, kaolina, cementa i dr.

Ekspandiranje plute se vrši u rotacionim pećima na 350-400 ºC. Pri tome se odstranjuje voda i isparljive komponente, a zapremina se uvećava. Vrednost koeficijenta λ za ploče sa bitumenom, u zavisnosti od ρ, temperature, dat je u tabeli 1.

Tabela 1 Zavisnost λ od gustine i temperature

Tabela 1 Zavisnost λ od gustine i temperature

2.1.2 Drvo

Drvo je materijal organskog porekla sa dobrim termoizolacionim svojstvima. Male je zapreminske mase, porozno je sa ravnomernim finim rasporedom pora, polako se zagreva i hladi. Međutim, mora biti zaštićeno od truljenja, a i higroskopno je. Specifična masa drvene mase ne zavisi od vrste drveta i iznosi 1560 k/m3. Poroznost drveta zavisi od vrste drveta, i ona se daje za razne vrste drveta pri vlažnosti 15 %. U tabeli 2 je data poroznost drveta od vrste drveta i vlažnosti.

Tabela 2 poroznost drveta u zavisnosti od vrste drveta i vlažnosti

Tabela 2 poroznost drveta u zavisnosti od vrste drveta i vlažnosti

S obzirom na vlaknastu strukturu drvo ima različite koeficijente provodljivosti, u zavisnosti od pravca toplotnog fluksa u odnosu na pravac vlakana. Tako je npr. za bor λE = 0,35 W/mK, a λ┴ = 0,17 W/mK.

Po našim propisima, u termičkim proračunima treba usvojiti sledeće vrednosti iza λ:
– za hrast, čiji je ρ = 700-800 kg/m³, λ = 0,21
– za smrekovinu i borovinu za ρ = 500-600 kg/m³, λ = 0,14

2.1.3 Beton od drvene strugotine

Strugotina je često korišćen agregat za izradu lakog betona, a takođe, može se koristiti i koristi se u nasutom stanju kao ispuna.

Dobija se prilikom rezanja građe. Veličina zrna strugotine zavisi od vrste drveta, pravca rezanja – upravno ili paralelno, vlažnosti i postrojenja za rezanje. Najbolja strugotina se dobija uzdužnim rezanjem vlažne građe. Za izradu betona najviše se koristi čamova strugotina, dok se strugotina od listopadnog drveća ne preporučuje zbog štetnih hemijskih sastojaka.

Granulometrijski sastav strugotine za izradu betona, po propisima EU je sledeći:
– frakcija od 1 – 10 mm > 80 %
– frakcija od 0,25 – 1 mm > 15 %
– frakcija od 0 – 0,25 mm > 5 %

U sastav betona sa drvenom strugotinom ulaze: vezivo (kreč ili cement), mineralni dodaci, najčešće pesak, strugotina, mineralizatori i voda. Vlažnost strugotine je ograničena na 20-30 %, zbog toga što ona utiče na težinu strugotine i, preko toga, na odnos između komponenti. Sa takvom vlažnošću zapreminska masa strugotine bi trebala biti oko 160 kg/m³ u rastresitom stanju, odnosno 200 kg/m³ pri srednjem zbijanju. Pri zapreminskoj masi strugotine od 150-300 kg/m³, koeficijent toplotne provodljivosti λ je 0,06 W/mK. Za izradu betona neki autori smatraju da nije potreban poseban mineralizator, već da su sam cement, ili cement sa eventualnim dodatkom kreča do 20 % dovoljni, dok neki autori preporučuju 6 % rastvor CaCl2 kao mineralizator.

Ne postoji saglasnost u pogledu vrednosti λ u zavisnosti od zapreminske mase betona:
– po nemačkim propisima za ρ = 800 – 1000 kg/m³, λ = 0,42 – 0,54 W/mK
– po francuskim propisima za ρ = 600 – 1300 kg/m³, λ = 0,14 – 0,6 W/mK
– po češkim propisima za ρ = 800 – 900 kg/m³, λ = 0,25 W/mK
– po poljskim propisima za ρ = 520 – 750 kg/m³, λ = 0,12 – 0,8 W/mK

2.1.4 Blindit

To je vrsta lakog betona od strugotine sa vezivom od MgO i 30 % rastvora MgCl2 umesto vode. Odnos komponenti je MgO : strugotina = 1 : (3 – 6) dok se rastvor MgCl2 dodaje do potrebne konzitencije. Koristi se za izradu podloga za podove u slojevima do 3 cm. Različite je boje i nepostojan na vlagu. Blindit zapreminske mase 1100 – 1200 kg/m³, ima λ = 0,24 – 0,30 W/mK i čvrstoću 15 – 30 MPa.

2.1.5 Ksilolit

To je vrsta blindita kome je dodata još i boja. Lije se u slojeve debljine 1,5-2 cm. Prvi sloj je podloga, a drugi je habajući i u njegov sastav ulazi i mineralni agregat.

2.1.6 Durisol

Durisol je komercijalni naziv za laki beton. Izrađen od drvenih vlakana koja služe kao agregat sa vezivom od portland cementa. Vlakna se prethodno mineralizuju, uglavnom najvećim delom sa CaCl2 ili krečnim mlekom. Od durisola se proizvode puni ili šuplji elementi za zidanje kao i ploče za oblaganje ili za pregrade. Glavne karakteristike durisola date su u tabeli 3.

Tabela 3 Glavne karakteristike durisola

Tabela 3 Glavne karakteristike durisola

2.1.7 Heraklit

Heraklit je laki beton od drvene vune. Izrađuje se sa Screlovim cementom kao vezivom. Najčešće se proizvodi u obliku ploče za oblaganje ili za pregrade. Zapreminska masa mu je 350-550 kg/m³, a odgovarajući koeficijent toplotne provodljivosti iznosi 0,09-0,16 W/mK.

2.2 Sintetički termoizolacioni materijali

Sintetički termoizolacioni materijali imaju strukturu koja se sastoji od gasnih mehurića obavijenih sintetičkom plastičnom masom, male zapreminske mase.

Najvažniji materijali koji se masovno koriste su:
– ekspandirani polistiren (stiropor),
– ekspandirani poliuretan,
– ekspandirani PVC,
– ekspandirani ureoformaldehid.

2.2.1 Ekspandirani polistiren (stiropor)

Polistiren je termoplastična masa dobijena polimerizacijom stirena. Ekspandiranje stirena nastaje impregnisanjem zrnaca polimera lako isparljivim ugljovodonicima i izlaganjem toploti. Tvrda polistirenska pena sastoji se od 96-98 % vazduha i 2-4 % osnovne mase. U 1 cm³ zrna stiropora nalazi se oko 500.000 zatvorenih ćelija vazduha prečnika 80-150 μm. Ovakva struktura i tekstura čini stiropor izvanrednim termoizolacionim materijalom. SRPS G. C7.201 predviđa dve vrste EPS-a (ekspandirani polistiren): normalni, sa oznakom N, samogasivi, oznake S. Pod samogasivošću se podrazumeva svojstvo EPS da se u dodiru sa spoljnim izvorom toplote (plamenom) upali, ali neposredno posle uklanjanja izvora toplote, sam se od sebe ugasi. Fizička svojstva EPS-a data su u tabeli 4.

Tabela 4 Fizičke osobine ekspandiranog polistirola

Tabela 4 Fizičke osobine ekspandiranog polistirola

Pri zagrevanju stiropora zapaža se sledeće:
– na 80 ºC dimenzionalno je stabilan,
– na 100 ºC se skuplja,
– na preko 100 ºC počinje da se topi,
– na preko 230 ºC nastupa pirolitička razgradnja.

za promenu temperature od 17ºC, promena zapremine iznosi 0,1 %, tj. 1mm/m

S obzirom na primenu, treba znati da je koeficijent linearnog širenja pri zagrevanju
α1 = 7•10 -5. To znači da, za promenu temperature od 17ºC, promena zapremine iznosi 0,1 %, tj. 1mm/m. Ove promene su značajne kod hladnjača, gde za razliku od 40 ºC (od +20 do -20 ºC), promena dužine može biti čak 1 cm na 4 m. EPS je nepostojan u hladnim bitumenskim rastvorima, formaldehidu, tehničkim uljima, organskim rastvorima, nafti itd. Nezaštićeni EPS napadaju insekti i glodari pa ga treba zaštiti posebnim premazima, a od glodara pocinkovanom mrežom.

Prema SRPS-u G.S2.659 – ponašanje pri gorenju, stiropor se svrstava u:
– kategoriju 0 – ako uzorak izgori ili gori još 15 sekundi posle uklanjanja plamenika,
– kategoriju 1 – samogasivi, ako posle uklanjanja plamen gori manje od 15 sekundi i
– kategoriju 2 – nezapaljivi, ako posle uklanjanja plamena više ne gori.

Pri gorenju stiropora razvija se manje CO nego kod drveta – smreke. Stiropor se primenjuje kao termoizolacioni materijal za ravne i kose krovove, za oblaganje fasada, s tim da bude zaštićen od atmosferalija, za podove i pregradne zidove. Kompatibilan je sa cementom, krečom, gipsom, mineralnim agregatom i sintetičkim smolama.

2.2.2 Ekspandirani poliuretan

Ekspandirani poliuretan (EPU) dobija se delovanjem poliizocijenata na zasićeni polie- ster. Ekspandiranje nastaje usled razvijanja gasa i to freona ili CO2. U zavisnosti od vrste poliestera mogu se dobiti različite strukture ekspandiranog poliuretana. EPU se može dobiti u tri oblika:

  • fleksibilni EPU, koji se uglavnom koristi u industriji nameštaja, automobilskoj industriji itd,
  • polutvrdi EPU, primenjuje se kao amortizer udara, vibracija i buke,
  • tvrdi EPU ima veliki raspon zapreminskih masa, mrežastu strukturu, ne topi se, ima relativno dobre mehaničke osobine pri maloj zapreminskoj masi, hemijsku otpornost, veliku lepljivost u procesu ekspandiranja i, naravno, odličan termo i zvučno izolacioni materijal. Fizičko mehaničke osobine EPU prikazane su u tabeli 5.

Tabela 5 Fizičko mehaničke osobine EPU

Tabela 5 Fizičko mehaničke osobine EPU

Koeficijent toplotne provodljivosti pored zapreminske mase zavisi i od vrste gasa u šupljinama. Tako, u slučaju ekspandiranja sa CO2, pri temperaturi od 20 ºC, za ρ = 30 kg/m3, λ = 0,0245 W/mK, dok je u slučaju da je u šupljinama freon, pri istim uslovima, λ = 0,018 W/mK.

Ploče od EPU se mogu oblagati raznim drugim materijalima kao što su papir, ter-papir, Al-folija, drvo, gips, azbest, Al-film i dr. Sa EPU se mogu raditi i paneli. U tom slučaju ekspandiranje se vrši najčešće direktno u kalupu od lima, koji čini spoljni deo panela. Prednost je to što se EPU čvrsto zalepi za lim u toku ekspandiranja.

2.2.3 Ekspandirani PVC

Proces ekspandiranja PVC-a vrši se u više faza:
– mešanje PVC na hladno sa očvrščivačem, stabilizatorom i agensom za ekspandiranje,
– mešavina se stavlja u kalup koji se prvo zagreje, a zatim hladi pod pritiskom i
– ekspandiranje se izvodi u specijalnim zatvorenim instalacijama, pod uticajem toplote.

Zapreminska masa ekspandiranog PVC-a kreće se od 40 do 100 kg/m³, a koeficijent toplotne provodljivosti, pri temperaturi od 20 ºC, je λ = 0,043 W/mK. Ekspandirani PVC je nepropustljiv za vodu i vazduh. Maksimalna radna temperatura je 80 ºC. Manje se koristi od drugih sličnih materijala zbog nestabilnosti zapremine i oblika tokom vremena.

Zapreminska masa ekspandiranog PVC-a kreće se od 40 do 100 kg/m³

2.3 Vazduh kao termoizolacioni materijal

Građevinskim stručnjacima su poznate termoizolacione osobine vazdušnog sloja, međutim delovanje vazdušnog sloja, kao termoizolacionog sloja, manje je poznato, pa zbog toga i nastaju greške i neekonomična rešenja. U pitanju je, pre svega poznavanje ili nepoznavanje načina prenosa toplote kroz materijale. Svuda su prisutna sva tri načina prenošenja toplote. Pitanje je samo kada, zašto i u kojoj meri je jedan način predominantan u odnosu na drugi. Mora se priznati da je vazduh ne samo najbolji toplotno izolacioni materijal, već je i najjeftiniji, ali samo pod određenim uslovima.

Kada se misli na vazduh kao termoizolacioni materijal, misli se samo na zatvoreni vazduh bilo u porama materijala, bilo u ograničenom prostoru elemenata za zidanje ili u konstrukcijama. Specifični toplotni fluks, koji prolazi kroz sloj vazduha, omeđen dvema površinama, sastoji se od fluksa koji se prenosi i provođenjem i strujanjem i zračenjem.

Specifični toplotni fluks

gde je:
λs – konvencionalni koeficijent prenosa toplote strujanjem (W/mK), koji varira u zavisnosti od debljine vazdušnog sloja, temperature, razlike temperatura površine koje omeđuju sloj vazduha i od položaja sloja vazduha u odnosu na vertikalnu. Vrednosti λ vazduha u zavisnosti od temperature T, dati su u tabeli 6.

Tabela 6 Koeficijent toplotne provodljivosti λ u funkciji temperature

Tabela 6 Koeficijent toplotne provodljivosti λ u funkciji temperature

Ako je ekvivalentni i ukupni koeficijent toplotne provodljivosti λekv = λp + λs + λz • d, otpor prolaza toplote vazdušnog sloja je:

ekvivalentni i ukupni koeficijent toplotne provodljivosti λekv

Kako koeficijenti λp, λs i λz utiču na ukupni prenos toplote, može se uočiti iz tabele 7, za slučaj vertikalnog vazdušnog sloja. Procentualni odnos količine toplote prenete kondukcijom, konvekcijom i radijacijom zavisno od debljine sloja pri temperaturnoj razlici od 5 K, pri temperaturi vazduha 273 K i C = 4,84 (T/100)4 W/m², dat je tabelarno.

Tabela 7 Uticaj koeficijenta λp, λs i λz

Tabela 7 Uticaj koeficijenta λp, λs i λz

Na osnovu podataka iz tabele može se zaključiti:

  • na izolacionu moć vazdušnih slojeva pretežno utiče zračenje, koje u prenosu toplote učestvuje sa 70 %. To ukazuje i na značaj vrste i načina obrade ograničavajućih površina; zbog toga se sve više koriste materijali kao što su aluminijumske folije ili aluminijumska farba, tj. materijali koji imaju mali koeficijent isijavanja.
  • količina toplote koja se prenosi strujanjem je oko 20 %, zavisno od brzine strujanja vazduha; zbog toga se visine slojeva ograničavaju na 1–3 metara.
  • procenat toplote koji se prenosi provođenjem značajan je za slojeve debljine ispod 20 mm
  • ekvivalentni koeficijent toplotne provodljivosti raste značajno sa povećanjem debljine vazdušnog sloja i, zbog toga, jasno je zašto deblji slojevi nemaju nekog značaja za toplotnu izolaciju
  • izolaciona moć vazdušnih slojeva opada sa porastom temperature, što se vidi iz izraza za λ i tabele 7, zbog toga je toplotna izolacija zimi veća za oko 20 % izolaciona moć vazdušnih slojeva
  • optimalna debljina vazdušnog sloja je oko 30–50 mm, jer, kako se vidi iz tabele izračunatih vrednosti otpora vazduha SRPS U.J5. 600 (tabela 28), za slojeve vazduha debljine preko 50 mm, otpor se povećava veoma malo, a za debljine vazduha preko 100 mm se praktično više i ne menja
  • ako je moguće, bolje je predvideti dva sloja vazduha od po 20 mm nego jedan od 50 mm
  • povoljnije je da se vazdušni sloj predvidi bliže hladnijoj strani pregrade, da bi se smanjio gubitak toplote radijacijom
Slika 01 (a, b, c)
Slika 01 (a, b, c)

Na slici 1 (a,b,c,), date su skice položaja vazdušnog sloja u konstrukciji i zavisnost otpora prolaza toplote od debljine sloja vazduha i smera toplotnog fluksa. Sa slike je očigledno do koje mere debljina sloja vazduha ima određeni efekat u toplotnoj izolaciji.

U tački 6 SRPS–a U.J5. 600 date su računske vrednosti otpora toplote Ra zatvorenog sloja vazduha. Ove vrednosti obuhvataju uticaj prenosa toplote strujanjem i radijacijom.

Vrednosti otpora toplote u tabeli SRPS – a date su u zavisnosti od sledećih parametara:

– položaja zatvorenog sloja vazduha (horizontalni ili vertikalni) i smera toplotnog fluksa
– vrednosti faktora isijavanja vrednosti faktora isijavanja

pri čemu se e1 i e2 faktori isijavanja materijala površine 1 odnosno 2, između kojih se nalazi vazduh. Vrednosti koeficijenata isijavanja e za različite materijale date su u tabeli 8.

Tabela 8 Isijavanje e za različite materijale

Tabela 8 Isijavanje e za različite materijale

U tabeli 9, za različite vrednosti e1 i e2 izračunate su vrednosti za e–ekvivalentni koeficijent isijavanja.

Tabela 9 Ekvivalentni koeficijent isijavanja

Tabela 9 Ekvivalentni koeficijent isijavanja

2.4 Koeficijent prolaza toplote

Transport toplote sa tečnosti jedne strane zida na tečnost sa druge strane zida naziva se prolaz toplote. Prolaz toplote u sebi uvek uključuje dva transporta toplote konvekcijom na rubnim površinama zida, provođenje kroz zid (jednoslojni i višeslojni) i, ako postoji, izmena toplote zračenjem na rubnim površinama. Na slici 2 je prikazan prolaz toplote kroz jednoslojni ravni zid.

Slika 2 Prolaz toplote kroz jednoslojni ravni zid

Slika 2 Prolaz toplote kroz jednoslojni ravni zid
Slika 2 Prolaz toplote kroz jednoslojni ravni zid

Koeficijent prolaza toplote predstavlja recipročnu vrednost ukupnog toplotnog otpora. Oznaka za koeficijent prolaza toplote je U, merna jedinica je W/m²K
U=1/τ                                                                                                              (8)
pri čemu Rτ predstavlja ukupni toplotni otpor građevinskog dela U (m²K/W).

Računski određena vrednost U ne sme biti veća od najveće dopuštene vrednosti koeficijenta prolaza toplote iskazane u Tehničkim propisima o racionalnoj upotrebi energije i toplotnoj zaštiti zgrada. U proračunu koeficijenta prolaza toplote kod podova na tlu i krovova, u obzir se uzimaju samo slojevi koji su sa strane prostorije do sloja hidroizolacije.

2.4.1 Korekcija koeficijenta prolaza toplote

Koeficijent prolaza toplote, treba korigovati za slučajeve kada u obzir treba uzeti uticaje vazdušnih šupljina u izolaciji mehaničkih spojnica, koje prolaze kroz izolaciju i uticaj padavina kod obrnutog krova. Korekcija se provodi tako da se izračunatoj vrednosti koeficijenta prolaza toplote dodaje korekcioni član ΔU.

Koeficijent prolaza toplote

Pri čemu je:
ΔUg – korekcija za vazdušne šupljine, uzima u obzir kretanje vazduha u toplotnoj izolaciji
ΔUf – korekcija za mehaničke spojnice, uzima u obzir uticaj elemenata za fiksiranje ploča toplotne izolacije i sličnih spojnica na smanjenja toplotnog otpora, pri čemu je potrebno poznavati broj, geometriju i svojstva spojnica
ΔUr – korekcija za obrnute krovove, uzima u obzir negativni uticaj padavina na toplotnu izolaciju

Vazdušna šupljina je opšti naziv za prostor ispunjen vazduhom u izolaciji ili između izolacija i susednih elemenata, koji postoje u stvarnoj izvedbi građevine, ali se ne prikazuju na građevinskim crtežima.

Vazdušne šupljine se mogu podeliti u dve kategorije: procepi između izolacionih ploča ili između izolacije i konstrukcionog elementa u smeru toplotnog toka i vazdušni džepovi u izolaciji ili između izolacije i konstrukcionog materijala okomiti na smer toplotnog toka. Vazdušne šupljine mogu poboljšati razmenu toplote tako da se povećava transport toplote konvekcijom i zračenjem: povećanje zavisi od veličine, orijentacije i pozicije vazdušne šupljine.

Moderno građevinarstvo stalno, u sve većoj meri, prelazi na prefabrikaciju

Vazdušni procepi uzrokovani malim promenama u dimenzijama izolacije, te zbog postojanja dimenzionih tolerancija samog konstrukcionog elementa i njegovih nepravilnosti. Samo procepi koji premošćuju celu debljinu izolacije od tople do hladne strane uzrokuju porast transporta toplote, te je provođenje korekcije koeficijenta transporta toplote u tom slučaju neophodno. Vazdušni džepovi nastaju usled neparalelnih površina unutar same konstrukcije: izolacija je prekruta, nesavitljiva ili nekonpresibilna, te ne naleže u potpunosti na konstrukcioni element. Kada vazdušni džepovi nisu spojeni, tj. kada nisu povezani sa drugim vazdušnim šupljinama ili unutrašnjom, odnosno spoljnom okolinom, primenjuje se samo blaža korekcija.

Ukoliko se zračni procepi i zračni džepovi javljaju u kombinaciji, može biti prisutan transport mase, što će dodatno pojačati izmenu toplote i u tom slučaju treba primeniti značajniju korekciju. Proračun korekcije provodi se prema ISO 6946.

Korekcija za mehaničke spojnice provodi se ako spojnice prodiru delomično ili potpuno kroz izolacioni sloj. Pri tome u obzir treba uzeti vrstu materijala spojnica po m² površine, površinu poprečnog preseka spojnice i debljinu izola- cionog sloja koji sadržava spojnicu te dužinu spojnice koja se nalazi u izolacionom sloju. Korekciju nije potrebno provoditi za slučaj da je toplotna provodljivost mehaničkih spojnica manja od 1 W (mK). Proračun korekcije provodi se prema ISO 6946. Korekcija za obrnute krovove provodi se usled slevanja padavina između toplotne izolacije (ekstrudirani poli- stistiren) i termoizolacije. Korekcija se provodi samo za grejane građevine. Za ovu je korekciju potrebno poznavati podatke o srednjoj vrednosti kiše u mm/danu tokom sezone grejanja za lokaciju na kojoj se građevina nalazi. Ukoliko ukupna korekcija ΔU ne prelazi iznos 3 % korekcija se ne mora primeniti.

3. EKONOMSKI ZNAČAJ TERMOIZOLACIJA

Termoizolacije imaju veliki značaj sa gledišta ekonomike. Nije važno samo energiju proizvoditi, nego je još važnije energiju svrsishodno iskorišćavati. Upravo takvom svrsishodnom iskorišćavanju doprinose termoizolacije.

Ranije se nije dovoljno cenio značaj termoizolacije. Preduzeća su samostalne ekonomske jedinice, koje su odgovorne za najbolje iskorišćenje sredstava. U interesu preduzeća je da osigura efikasnost proizvodnje u svim svojim odsecima pa, dakle i na odseku ekonomisanja toplotnom energijom. Nekoliko sledećih primera jasno pokazuju ekonomski značaj termoizolacije:

Uzmimo, na primer, krovnu konstrukciju u industriji koja nije termoizolovana i pretpostavimo da time dolazi do toplotnih gubitaka od 20 kJ/m²h. Za površinu od 1000 m² cele krovne konstrukcije toplotni gubici iznosiće 20.000 kJ/h.

Zbog-nedostatka-dostupne-literature-nije-uvek-bilo-jednostavno-postici-znanje-iz-termoizolacione-tehnike

Gubici za 8000 sati godišnje iznose (2x104x8x103=1,6x108kJ). Pri toplotnoj moći (donjoj) uglja od 8000 kJ/kg i pri proizvodnom efektu uređaja za sagorevanje od 85 %, ti gubici će predstavljati 235×104 za godinu.

Izrazitije se pokazuju toplotni gubici kod uređaja sa višim temperaturama. Ako neizolovani ventil Ø100 mm ima temperaturu 100 ºC njegovi toplotni gubici, kod temperature sredine od 20 ºC, iznosiće 16740 kJ/h. Za 8000 sati (jednogodišnji rad) njegovi toplotni gubici iznose (1,674x104x8x103=1,34x108kJ). Za donju toplotnu moć uglja Hd=8000 kJ/kg, godišnja potrošnja uglja iznosi mug=2,9×104 kg. Primenom pogodne termoizolacije sa efektom 90 % uštedelo bi se 2,61×104 kg uglja za 1 godinu.

Sličnih slučajeva toplotnih gubitaka, prouzrokovanih nesprovođenjem izolacije u fabrikama, ima mnogo tako da predstavljaju godišnje velike količine energije, koja bi mogla biti svrsishodno iskorišćena. To nisu jedini slučajevi rasipanja toplotne energije. Mnogo toplotne energije ostane neiskorišćeno, usled nestručno sprovedene izolacije, ili usled porušenih, a neobnavljanih izolacija. Na primer: neodržavana i nepogodno upotrebljena termoizolacija u rashladnoj industriji prouzrokuje na isparivačima toplotne gubitke od 167 kJ/h. Pogodnom termoizolacijom ovi se gubici mogu smanjiti na 29,3 kJ/h.

Ako pretpostavimo da je površina isparivača 10m², razlika između toplotnih gubitaka obeju izolacija uzetih u obzir, iznosiće 1380 kJ/h. Razlika u toplotnim gubicima, kod neodržavane i dobro održavane izolacije, za proizvodno vreme od 8000 sati godišnje, biće 1,1×107 kJ. Kod stepena korisnog dejstva rashladnog uređaja 80 % toplotni gubici prevedeni na električnu energiju, iznosiće 3840 kWh za 1 godinu. Iz navedenog primera je jasno, kako je u eksploataciji važna briga o termoizolaciji. Toplotni gubici, prouzorkovani nesavršenom izolacijom, nepotrebno povećavaju troškove eksploatacije i nepovoljno se odražavaju na ekonomske pokazatelje. Veliku količinu toplotnih gubitaka, kod izolacionih uređaja sa temperaturom ispod 0 ºC, prouzrokuje ovlažena termoizolacija. Uzmimo izolaciju od ostatka plute, zida hlađenog prostora, koja u suvom stanju ima jedinične toplotne gubitke od 20 kJ/m²h. Usled dejstva vlage od 5 % zapremine, toplotna provodljivost će se povećati za 75 %, pa prema tome i jedinični toplotni gubici povećaće se na 36,6 kJ/m²h.

Kod neprekidne godišnje eksploatacije od 8000 časova, razlika u toplotnim gubicima usled dejstva vlage 5 % zapremine, iznosiće 125580 kJ za 1 godinu.

Kod neprekidne godišnje eksploatacije od 8000 časova, razlika u toplotnim gubicima usled dejstva vlage 5 % zapremine, iznosiće 125580 kJ za 1 godinu

To povećanje toplotnih gubitaka u objektima ledara prouzrokuje nepotrebno povećanje potrošnje energije na 1 tonu smrznute robe i pogoršanje ekonomskih pokazatelja ekonomičnosti proizvodnje. Nekoliko navedenih primera o ekonomskom značenju termoizolacije ukazuju, kako na njihovu važnost, tako i na potrebu da se njihovom održavanju posvećuje povećana pažnja. Po svojoj funkciji, termo- izolacije su vrlo često neposredno uključene u proizvodni proces, gde mogu vrlo nepovoljno da utiču na pokazatelje ekonomičnosti ili obratno.

4. ZAKLJUČAK

Termoizolacije dobijaju danas sve veći značaj i to ne samo u građevinarstvu, nego i u svim drugim granama privrede. Postaju važan sastavni deo proizvodnih uređaja, jer mnogi od njih bez termoizolacije ne bi bili sposobni za proizvodnju. Među takve spadaju, na primer, parne turbine, zatim cele proizvodne jedinice elektrana, parovodi i svi parni i toplotni razvodi.

Ta postrojenja bez termoizolacije ne bi ispunjavala svoju funkciju, jer bi za vreme transporta toplonosnog medija toplotni gubici bili i suviše veliki. Ni objekti za ledare i hladnjače, bez termoizolacije, ne bi mogli ispunjavati svoju funkciju, jer bez nje ne bi bilo moguće rashladiti skladišne prostorije. Slično je i kod raznih hemijskih uređaja, kod kojih tekući hemijski procesi iziskuju tačno određeni toplotni režim. Bilo bi moguće navesti ceo niz takvih slučajeva.

Termoizolacije dobijaju danas sve veći značaj

Termoizolacije imaju takođe veliki značaj i za bezbednost na radu, jer osim toga što ogra- ničavaju toplotne gubitke, sprečavaju mogućnost dobijanja opekotina kod uređaja sa visokom temperaturom. Snižavaju temperaturu sredine i time omogućavaju da se stvore povoljni uslovi za rad, koji su na mnogim mestima i pored sprovedene termoizolacije, vrlo teški. U tehnici rashlađivanja, osim već navedene funkcije termoizolacija se koristi i kao zaštita od zamrzavanja transportovanog medija i kao zaštita od rušenja površine cevovoda. Za sličnu svrhu koristi se i kod izolacije cevovoda za hladnu vodu, gde termoizolacija sprečava smrzavanje vode.

Moderno građevinarstvo stalno, u sve većoj meri, prelazi na prefabrikaciju, ili na lake konstrukcije, i to u izgradnji kako stambenih tako i javnih zgrada. Za postizanje traženih toplotnih osobina građevinskog objekta, neophodno je potrebno, da se koriste efikasne i lake termoizolacije.

Navedeni primeri ni izdaleka ne iscrpljuju sve slučajeve korišćenja termoizolacije. Oni služe samo za jasniju predstavu o njenom značaju za građevinarstvo i sve grane industrije. Najveći značaj termoizolacije je u smanjenju toplotnih gubitaka.

Piše: Prof. dr Dragan Škobalj