Wiek wiekowi nierówny. Czy izolacje przemysłowe z wełny kamiennej tracą z czasem swoje właściwości?
Wełna kamienna to wdzięczny materiał izolacyjny, o czym świadczy jego szerokie zastosowanie, zarówno w kontekście konstrukcji budowlanych, jak też w instalacjach wykorzystywanych w przemyśle, ciepłownictwie czy energetyce. W przypadku systemów złożonych, takich jak miejskie sieci ciepłownicze liczące setki kilometrów rurociągów, oprócz optymalnych parametrów termicznych i wytrzymałościowych, niezmiernie ważny jest też sposób zachowania izolacji wraz z upływem czasu. Raz położone rurociągi nie powinny wszak wymagać częstych napraw. Starzenie się wełny kamiennej to zjawisko skomplikowane i dość niejednoznaczne. Jak zatem proces ten wpływa na skuteczność izolacji termicznej?
Wełna kamienna to materiał, po który od dłuższego czasu regularnie sięgają inżynierowie instalacji przemysłowych oraz zarządcy sieci ciepłowniczych, którzy poszukują sposobów na zwiększenie efektywności energetycznej procesów cieplnych. Wśród zalet materiału wyróżnia się m.in. dobre parametry termoizolacyjne, odporność na działanie bardzo wysokich temperatur oraz wytrzymałość mechaniczną. Wiele spośród rurociągów zabezpieczonych wełną, zamontowanych m.in. w warszawskim systemie ciepłowniczym w latach 70. i 80., służy z powodzeniem do dnia dzisiejszego. Tak długi czas eksploatacji każe jednak zastanowić się nad tym, w jaki sposób materiał utrzymuje swoje właściwości termiczne (ze współczynnikiem przewodzenia ciepła na czele) na przestrzeni lat.
Starzenie się izolacji, rozumiane jako pogarszanie się właściwości materiału w warunkach eksploatacji wraz z upływem czasu, to zjawisko powszechnie spotykane w wielu instalacjach przemysłowych. W przypadku innych, także wykorzystywanych w ciepłownictwie rozwiązań, procesy starzenia zostały już dość dogłębnie zbadane i przeanalizowane. Za przykład można podać pianki poliuretanowe, dla których obserwujemy zwiększanie się z każdym rokiem współczynnika przewodzenia ciepła w wyniku wymiany gazowej z otoczeniem i zastępowania gazu spieniającego przez powietrze, a więc mieszaniną o niższych zdolnościach izolacyjnych. W przypadku wełny sytuacja nie prezentuje się tak jednoznacznie.
Jak próbie czasu poddaje się wełna?
Aby zrozumieć sposób, w jaki czas oraz eksploatacja wpływają na izolacje przemysłowe z wełny kamiennej, warto poznać budowę samego materiału. Wełna składa się z włókien, które powstają w wyniku obróbki termicznej skał pochodzenia wulkanicznego (bazaltu, gabro, anortozytu, dolomitu). Włókna te stanowią przeważnie 96-98% masy gotowego produktu. Pozostałe 2-4% składu to utwardzane spoiwo organiczne, najczęściej w postaci żywicy fenolowo-formaldehydowej, którą dodatkowo wzbogaca się środkami hydrofobowymi w celu podwyższenia odporności materiału na wilgoć i wodę. Jak wynika z badań przeprowadzonych w Instytucie Techniki Cieplnej na Wydziale Mechanicznym Energetyki i Lotnictwa Politechniki Warszawskiej[1], to właśnie tym ostatnim czynnikom należy poświęcić szczególną uwagę w dyskusji nad starzeniem się wełny.
Badanie przeprowadzono na próbkach izolacji pochodzących z różnych fragmentów rurociągów w różnym wieku, które pozyskano z warszawskiej sieci ciepłowniczej. Pobrane fragmenty poddano pomiarom współczynnika przewodzenia ciepła na aparacie płytowym z czujnikami strumienia ciepła. Średnia temperatura badań wynosiła 40°C, a pojedynczy pomiar trwał około 24 godzin. – Uzyskane wyniki, widoczne na wykresie poniżej, skłaniają do wniosku, iż nie można bezpośrednio uzależniać zmian izolacyjności termicznej wełny kamiennej od upływu czasu. Świadczyć mogą o tym m.in. pierwotne wartości współczynnika przewodzenia ciepła, które zarejestrowano w przypadku próbek najstarszych, liczących sobie niemal 40 lat – podkreśla Michał Nękanowicz, ekspert z firmy Paroc Polska.
Jak zapobiegać starzeniu się wełny?
Na powyższym wykresie można jednak zaobserwować zróżnicowane wartości współczynnika przewodzenia ciepła w przypadku próbek w różnym wieku, co każe zastanowić się nad potencjalnymi przyczynami owej degradacji. Zdaniem ekspertów, w trakcie oceny należy wziąć pod uwagę warunki zewnętrzne, w jakich eksploatowane są rurociągi. – Izolacje wykorzystywane w sieciach ciepłowniczych narażone są na zalewanie wodami gruntowymi, wnikanie piasku i żwiru w głąb materiału, wibracje związane z pracą rurociągu, a także działającą w pobliżu komunikacją samochodową czy kolejową. Czynniki te, zwłaszcza działając w synergii, mogą ingerować w strukturę wełny, a w konsekwencji – obniżać jej właściwości termoizolacyjne w trakcie eksploatacji – wyjaśnia Michał Nękanowicz.
Efekt degradacji materiału izolacyjnego można zatem zaobserwować w odniesieniu do właściwości wytrzymałościowych w trakcie oddziaływania warunków ekstremalnych, czego na szczęście da się uniknąć już na etapie projektowania. Sposobem na utrzymanie przewodności cieplnej izolacji z wełny kamiennej w trakcie eksploatacji może być stosowanie wyrobów z dodatkowym pokryciem ze wzmacnianej folii aluminiowej. Takim rozwiązaniem są na przykład maty z serii PAROC Pro Wired Mat 100 AluCoat. – W przypadku mat zastosowano jednostronne obszycie siatką z drutu stalowego ocynkowanego i folii aluminiowej, które dodatkowo chroni przed wnikaniem wody wilgoci do wnętrza izolacji – podsumowuje Michał Nękanowicz.
[1] Żarnowiecki T., Wiśniewski T., Starzenie się izolacji włóknistych stosowanych w ciepłownictwie i energetyce, INSTAL nr 12/2014, str. 21-27.
