Tepelná vodivost je jednou z nejdůležitějších specifikací při výběru aerogelové plsti pro projekt průmyslové izolace. Přímo ovlivňuje tepelné ztráty, tloušťku izolace, povrchovou teplotu zařízení a dlouhodobou-spotřebu energie.

Srovnávání aerogelových izolačních produktů na základě jediné hodnoty tepelné vodivosti však může být zavádějící. Zkušební teplota, hustota produktu, tloušťka, vystavení vlhkosti a kvalita instalace, to vše může ovlivnit skutečný tepelný výkon.

Tato příručka vysvětluje, jak se měří tepelná vodivost aerogelové plsti, proč se mění s teplotou a co by měli kupující zkontrolovat před zadáním objednávky.

Co je aerogelová plsť?

Aerogelová plsť, známá také jako aerogelová přikrývka, je pružný izolační materiál vyrobený kombinací aerogelu oxidu křemičitého s vláknitou výztužnou vrstvou.

Silikagel má vysoce porézní strukturu nanočástic, která omezuje přenos tepla vedením pevných látek, pohybem plynů a konvekcí. Díky vyztužení vláken se jinak křehký aerogel snadněji roluje, řeže a instaluje kolem potrubí, nádrží, ventilů a průmyslových zařízení.

Ve srovnání s mnoha konvenčními izolačními materiály může aerogelová tepelně izolační plsť dosáhnout požadovaného tepelného výkonu s tenčí izolační vrstvou. To je zvláště užitečné, když je instalační prostor omezený.

Co znamená tepelná vodivost?

Tepelná vodivost popisuje, jak snadno teplo prochází materiálem. Obvykle se vyjadřuje takto:

W/(m·K)

Nižší hodnota znamená, že materiál přenáší méně tepla, a proto poskytuje lepší izolaci při stejné tloušťce.

Například:

Materiál s tepelnou vodivostí0.020 W/(m·K)poskytuje lepší izolaci než ten s hodnocením0.040 W/(m·K)když jsou oba testovány za stejných podmínek.

Pokud dva materiály potřebují dosáhnout stejného tepelného odporu, materiál s nižší tepelnou vodivostí může obecně použít tenčí izolační vrstvu.

Tepelná vodivost se běžně označuje řeckým písmenemλnebo lambda.

Typická tepelná vodivost aerogelové plsti

V závislosti na složení, hustotě a provozní teplotě má průmyslová silikonová aerogelová plsť běžně tepelnou vodivost přibližně:

0,012–0,020 W/(m·K) při pokojové teplotě nebo její blízkosti

Jedná se spíše o obecný referenční rozsah než o garantovanou hodnotu pro každý produkt.

Například tepelná izolace aerogelové přikrývky na webu je uvedena s tepelnou vodivostí přibližně0,012–0,018 W/(m·K) při 25 stupních, v závislosti na zvoleném ročníku.

Další 10mm aerogelová přikrývka pro izolaci potrubí poskytuje reprezentativní údaje o vodivosti při různých teplotách:

Tato čísla ukazují důležitý bod:tepelná vodivost aerogelové plsti není konstantní. Obecně se zvyšuje se zvyšující se střední provozní teplotou.

Kupující by si měli vyžádat kompletní křivku tepelné vodivosti, nikoli se spoléhat pouze na hodnotu pokojové-teploty.

Proč má aerogelová plsť nízkou tepelnou vodivost?

Teplo se může přes izolaci pohybovat několika způsoby:

Vedení pevnou strukturou

Vedení přes plyn uvnitř pórů

Konvekce ve větších vzdušných prostorech

Tepelné záření

Aerogelová plsť omezuje tyto mechanismy přenosu tepla-prostřednictvím struktury pórů v nanoměřítku.

Omezené pevné vedení

Silikagel obsahuje velmi malé množství pevného materiálu ve srovnání s jeho celkovým objemem. Složitá síť také vytváří dlouhou a nepřímou cestu pro průchod tepla pevnou strukturou.

Snížené vedení plynu

Póry uvnitř aerogelu jsou extrémně malé. To omezuje pohyb a kolizi molekul plynu a snižuje přenos tepla vzduchem obsaženým v materiálu.

Potlačená konvekce

Protože póry jsou nanoměřítky, vzduch nemůže volně cirkulovat uvnitř struktury aerogelu. To výrazně omezuje přenos tepla konvekcí.

Snížené tepelné záření

Některé přípravky pro vysokoteplotní aerogely obsahují kalidla nebo jiné součásti určené ke snížení přenosu tepla sáláním. To se stává stále důležitější s rostoucí provozní teplotou.

Tepelná vodivost se mění s teplotou

Hodnota tepelné vodivosti při pokojové teplotě plně nepopisuje, jak bude izolace fungovat na horkém potrubí nebo průmyslové peci.

Jak se teplota zvyšuje:

Vedení plynu se obecně zvyšuje

Přenos tepla sáláním se stává významnějším

Účinná tepelná vodivost izolace stoupá

K dosažení cílové povrchové teploty může být zapotřebí větší tloušťka

Z tohoto důvodu by výpočty tepelné izolace měly používat hodnotu vodivosti při očekávané hodnotěstřední teplotanejen vodivost při 25 stupních.

Průměrná teplota se běžně odhaduje jako:

Tm=Čt+Tc2T_m=\\frac{T_h + T_c}{2}

Kde:

Střední teplota TmT_m =

ThT_h=horká-teplota strany

TcT_c=teplota studené-strany

Pro potrubí pracující při 300 stupních s očekávanou teplotou vnějšího povrchu izolace- 40 stupňů by přibližná střední teplota byla:

Tm=300+402=170∘CT_m=\\frac{300 + 40}{2}=170^\\circ C

Tepelná vodivost použitá v počátečním výpočtu by proto měla být založena na údajích blízkých 170 stupňům -ne na hodnotě naměřené při pokojové teplotě.

Profesionální tepelný výpočet může vyžadovat iterativní vyhodnocení, protože povrchová teplota, tepelná vodivost a celkové tepelné ztráty se vzájemně ovlivňují.

Tepelná vodivost vs. tepelný odpor

Tepelná vodivost a tepelný odpor spolu souvisí, ale nejsou to stejné specifikace.

Tepelný odpor udává, jak silně konkrétní tloušťka odolává tepelnému toku. Pro plochou, stejnoměrnou vrstvu lze odhadnout pomocí:

R=dλR=\\frac{d}{\\lambda}

Kde:

RR=tepelný odpor v m²·K/W

dd=tloušťka izolace v metrech

λ\\lambda=tepelná vodivost ve W/(m·K)

Například 10mm aerogelová plsť s tepelnou vodivostí 0,020 W/(m·K) by měla přibližný tepelný odpor:

R=0.0100.020=0.50 m2\\cdotpK/WR=\\frac{0,010}{0,020}=0.50\\ \\text{m}^2\\text{·K/W}

Pokud vodivost stejného materiálu při vyšší teplotě stoupne na 0,028 W/(m·K), jeho vypočtený odpor bude:

R=0.0100.028≈0,36 m2\\cdotpK/WR=\\frac{0,010}{0,028}\\cca 0,36\\ \\text{m}^2\\text{·K/W}

Tento zjednodušený příklad ukazuje, proč je třeba vzít v úvahu jak tloušťku, tak vodivost-provozní teploty.

Skutečné výpočty izolace potrubí a zařízení musí také brát v úvahu geometrii, povrchovou emisivitu, okolní podmínky, rychlost větru a vnější plášť.

Co ovlivňuje tepelnou vodivost aerogelové plsti?

1. Provozní teplota

Tepelná vodivost se obvykle zvyšuje s rostoucí střední teplotou. Vždy si vyžádejte údaje o vodivosti pokrývající skutečný provozní rozsah projektu.

2. Hustota produktu

Hustota ovlivňuje rovnováhu mezi pevným vedením a strukturou pórů. Produkt s vyšší-hustotou není automaticky lepším izolantem, i když může nabídnout lepší mechanickou pevnost.

3. Obsah aerogelu

Produkty prodávané pod obecným názvem "aerogelová plsť" mohou obsahovat různá množství aerogelu oxidu křemičitého. Nižší obsah aerogelu může snížit tepelný výkon, i když produkty vypadají podobně.

4. Vyztužení vlákny

Typ, struktura a hustota výztužných vláken ovlivňuje pružnost, mechanickou pevnost a přenos tepla hotovou přikrývkou.

5. Vystavení vlhkosti

Voda má mnohem vyšší tepelnou vodivost než nehybný vzduch. Když konvenční vláknitá izolace absorbuje vlhkost, její tepelné vlastnosti se mohou výrazně zhoršit.

Hydrofobní aerogelová plsť pomáhá odolávat pronikání kapaliny-vody. Například aerogelová termoizolační plsť na webu je uvedena s hydrofobní mírou alespoň 99,6 %.

Hydrofobní však neznamená, že celý izolační systém je automaticky vodotěsný. Spáry, prostupy a vnější obklady musí být stále řádně utěsněny.

6. Komprese

Nadměrné stlačení může změnit tloušťku a vnitřní strukturu přikrývky. Pokud je nominální 10mm vrstva během instalace stlačena na 7mm, bude konečný tepelný odpor nižší, protože byla snížena instalovaná tloušťka.

Materiál by měl být pevně zajištěn bez zbytečného drcení.

7. Švy a mezery

Špatně osazené spoje mohou vytvářet tepelné mosty a umožnit teplu obcházet izolační vrstvu. Ani materiál s nízkou-vodivostí nemůže kompenzovat velké mezery nebo špatně navržené koncovky.

Při instalaci více vrstev se doporučují odstupňované spoje.

Proč na tloušťce stále záleží

Nízká tepelná vodivost nevylučuje potřebu dostatečné tloušťky izolace.

Mezi běžné tloušťky aerogelové plsti patří:

3 mm

5 mm

6 mm

8 mm

10 mm

Pokud projekt vyžaduje větší tepelný odpor, lze použít více vrstev.

Správná tloušťka závisí na:

Provozní teplota zařízení

Požadovaná teplota vnějšího povrchu-

Přípustné tepelné ztráty

Rozměry potrubí nebo zařízení

Okolní teplota

Vnitřní nebo venkovní instalace

Rychlost větru

Vnější obklad

Požadavky na-ochranu personálu

Dostupný instalační prostor

Aerogelová plsť je zvláště cenná tam, kde nelze instalovat silnou konvenční izolaci z důvodu omezené vůle, těsně umístěných potrubí nebo omezeného přístupu k zařízení.

Aerogel Felt vs konvenční izolace

Následující hodnoty jsou obecné referenční rozsahy při pokojové teplotě nebo v její blízkosti. Skutečné hodnoty se liší podle třídy produktu a zkušebních podmínek.

Srovnání neznamená, že aerogel je nejlepší volbou pro každý projekt. Tradiční materiály mohou poskytovat nižší počáteční náklady na materiál a mohou být vhodné tam, kde je dostatek instalačního prostoru.

Aerogelová plsť je často zvažována, když projekt vyžaduje:

Snížená tloušťka izolace

Nižší tepelné ztráty v omezeném prostoru

Dobrá odolnost proti vlhkosti

Snadnější instalace kolem složitých tvarů

Snížený objem izolace

Výkon v širokém teplotním rozsahu

Běžné průmyslové aplikace

Vysokoteplotní-potrubí

Aerogelová plsť může být obalena kolem parního, procesního a petrochemického potrubí. Jeho nízká vodivost pomáhá kontrolovat tepelné ztráty, aniž by vyžadovala nadměrně silnou izolační vrstvu.

Ropná a plynárenská zařízení

Používá se pro potrubí, nádoby a zpracovatelská zařízení, kde je důležitým problémem prostor, vystavení povětrnostním vlivům a koroze pod izolací.

LNG a kryogenní systémy

Vhodné třídy lze zvážit pro nízkoteplotní{0}}potrubí a zařízení. Výběr materiálu musí vycházet ze stanovené minimální provozní teploty a návrhu systému.

Výroba energie

Aerogelovou izolaci lze aplikovat na turbíny, kotle, parní systémy a další zařízení, kde je vyžadována energetická účinnost a regulace povrchové{0}}teploty.

Průmyslové nádrže a nádoby

Flexibilní přikrývky se mohou přizpůsobit zakřiveným povrchům a složitým profilům zařízení snadněji než některé tuhé izolační produkty.

Námořní a pobřežní vybavení

Omezený prostor pro instalaci a vystavení vlhkosti činí hydrofobní izolaci s nízkou-vodivostí atraktivní pro určité lodní a offshore aplikace.

Jak porovnávat údaje o tepelné vodivosti

Při kontrole datových listů dodavatele zkontrolujte, zda byly hodnoty naměřeny za srovnatelných podmínek.

Požádejte dodavatele o potvrzení:

Testovací standard

Střední zkušební teplota

Tloušťka produktu

Hustota produktu

Směr měření

Kondicionování vzorků

Stav vlhkosti

Zkušební laboratoř nebo zdroj zprávy

Tolerance vodivosti

Zda se jedná o typické nebo garantované hodnoty

Dva dodavatelé mohou uvádět různé hodnoty vodivosti, protože jeden uvádí výkon při 25 stupních, zatímco jiný používá vyšší střední teplotu. Nižší číslo nemusí nutně znamenat lepší produkt, pokud zkušební podmínky nejsou ekvivalentní.

Informace, které je třeba poskytnout při žádosti o cenovou nabídku

Aby kupující obdrželi vhodné doporučení produktu, měli by poskytnout:

Zamýšlená aplikace

Normální provozní teplota

Maximální a minimální teploty

Průměr potrubí nebo rozměry zařízení

Požadovaná povrchová teplota

Maximální povolené tepelné ztráty

K dispozici izolační prostor

Vnitřní nebo venkovní prostředí

Vystavení dešti, chemikáliím nebo mechanickému poškození

Požadovaná tloušťka

Šířka role a objednané množství

Požadavky na výkon-vypalování

Požadované zkušební normy

Způsob opláštění nebo opláštění

Kompletní sortiment aerogelové plsti může zahrnovat různé tloušťky, hustoty a teplotní třídy. Konečný výběr by měl být založen na podmínkách projektu spíše než na nejnižší hodnotě vodivosti při pokojové teplotě.

Často kladené otázky

Jaká je dobrá hodnota tepelné vodivosti aerogelové plsti?

Mnoho průmyslových výrobků z aerogelové plsti má tepelnou vodivost přibližně 0,012–0,020 W/(m·K) při pokojové teplotě nebo její blízkosti. Skutečná hodnota závisí na jakosti produktu a zkušebních podmínkách.

Zvyšuje se vodivost aerogelové plsti při vysokých teplotách?

Ano. Efektivní tepelná vodivost obecně roste s teplotou. Kupující by měli požadovat hodnoty při několika středních teplotách pokrývajících zamýšlený provozní rozsah.

Je silnější aerogel vždy lepší?

Silnější vrstva poskytuje větší tepelný odpor, když materiál a provozní podmínky zůstávají stejné. Optimální tloušťka by však měla být určena pomocí tepelných výpočtů, omezení instalace a nákladů na projekt.

Může aerogelová plsť navlhnout?

Hydrofobní aerogelová plsť odolává pronikání kapaliny-vody, ale švy, poškozené obložení a neutěsněné prostupy mohou stále propouštět vlhkost do izolačního systému. Pořádná ochrana proti povětrnostním vlivům zůstává nezbytná.

Lze nainstalovat dvě vrstvy aerogelové plsti?

Ano. Pro dosažení požadované tloušťky se běžně používá více vrstev. Spoje by měly být rozmístěny, aby se snížily přímé tepelné cesty a zlepšila se celková kontinuita izolace.

Je produkt s nejnižší vodivostí vždy nejlepší volbou?

Ne nutně. Kupující by také měli posoudit teplotní rozsah, mechanickou pevnost, hydrofobní vlastnosti, požární klasifikaci, rozměrové tolerance a požadavky na instalaci.

Závěr

Aerogelová plsť nabízí velmi nízkou tepelnou vodivost a může poskytnout vysoký izolační výkon s menší tloušťkou než mnoho běžných materiálů. Samotná vodivost- při pokojové teplotě však k výběru správného produktu nestačí.

Kupující by měli porovnat hodnoty vodivosti při skutečné průměrné teplotě projektu, potvrdit zkušební metodu a zvážit instalovanou tloušťku, vystavení vlhkosti, kompresi a návrh spoje.

Poskytnutím úplných provozních podmínek a požadavkem spolehlivých technických údajů si mohou kupující vybrat aerogelovou plsť, která dosáhne požadované rovnováhy tepelné účinnosti, instalační tloušťky, trvanlivosti a projektových nákladů.