izolacja w chłodnictwie

Stosowanie wielowarstwowej izolacji próżniowej wymaga rozwiązania szeregu problemów technicznych związanych z jej prawidłową instalacją na izolowanej powierzchni przy instalacji klimatyzacji i wentylacji i chłodnictwa. Szczególną uwagę należy zwrócić na sposób wykonania, umieszczania na powierzchni izolowanej, łączenia końców oraz ewentualnego sposobu wykonywania pakietów ekranów radiacyjnych. Poniżej opisano najczęściej spotykane rozwiązania konstrukcyjne stosowane przy produkcji i instalacji wielowarstwowej izolacji próżniowej. Ponieważ w technice kriogenicznej znakomita większość izolowanych powierzchni charakteryzuje się cylindrycznym kształtem przekroju poprzecznego, w niniejszym tekście ograniczono się do opisu rozwiązań stosowanych przy izolacji takich właśnie powierzchni.

Metody umieszczania ekranów radiacyjnych na izolowanym elemencie
Ogólnie można wyodrębnić dwie podstawowe metody, schematycznie przedstawione, umieszczania ekranów radiacyjnych na izolowanej powierzchni: nakładanie kolejnych ekranów przedzielonych przekładkami – rysunek 8a oraz nawijanie na tą powierzchnię długiego pasa składającego się z jednej warstwy ekranu i przekładki. W efekcie w obydwu przypadkach powierzchnia jest zabezpieczana kilkoma warstwami ekranów radiacyjnych.
Zaletą nawijania warstw w postaci spirali jest brak konieczności przycinania ekranów radiacyjnych i przekładek na wymiar wynikający z obwodu izolowanej powierzchni, co jest wymagane przy nakładaniu warstw. Często jednak, ze względu na ograniczony dostęp do danej powierzchni, nakładanie warstw jest łatwiejszą, a czasami jedyną możliwą metodą zainstalowania ekranów. Okazuje się również, że w przypadku nawijania ekranu strumień ciepła przewodzonego przez wielowarstwową izolacje próżniową jest większy niż w przypadku nakładania warstw. Wynika to z faktu, iż w przypadku nakładania ekranów ciepło przenika przez kolejne warstwy jedynie w kierunku prostopadłym do powierzchni ekranów, natomiast w przypadku nawijania ekranu ciepło dodatkowo przewodzone jest wzdłuż nawiniętego ekranu. Można zatem domniemywać, że przy nawijaniu ekranu efektywność izolacji będzie tym gorsza, w porównani z nakładaniem ekranów, im ilość otrzymanych warstw będzie mniejsza, ponieważ droga przewodzenia ciepła wzdłuż nawijanego ekranu będzie krótsza. W literaturze badano zmianę strumienia przenikającego ciepła przez superizolację w zależności od metody umieszczania ekranów na izolowanej powierzchni w przedziale temperatur 300-77,3 K. Przy zastosowaniu 40 ekranów radiacyjnych w przypadku nakładania oraz nawijania warstw, zmierzony strumień ciepła wyniósł odpowiednio 1,7 W/m2 oraz 2,1 W/m2, natomiast przy zastosowaniu 50 warstw ekranów, odpowiednio 1,4 W/m2 oraz 1,8 W/m2.
Łączenie ekranów radiacyjnych w pakiety
Nakładanie poszczególnych warstw na izolowaną powierzchnie jest procesem czasochłonnym. W celu ułatwienia i przyspieszenia tego procesu ekrany radiacyjne wraz z przekładkami wstępnie łączy się w pakiety. Najczęstszym sposobem wykonywania pakietów ekranów jest ich zszywanie. Okazuje się, że na efektywność wielowarstwowej izolacji próżniowej ma wpływ rodzaj i wymiary geometryczne zastosowanego ściegu szycia. Stosowanie szwu może pogorszyć efektywność super izolacji , ponieważ nici szwu tworzą mostek cieplny. Powstaje w ten sposób dodatkowa droga dla przepływu ciepła między najcieplejszą a najzimniejszą warstwą. Należy zatem starać się ograniczać ilość mostków cieplnych, a więc stosować ścieg o wymiarach możliwie największych. Wyniki badań wpływu zszywania pakietu ekranów na efektywność superizolacji pracującej w zakresie temperatur 77,3-4,2 K  . Wykazano, że zastosowanie minimalnej, ale wystarczającej na dobrą integrację, całego pakietu ilości szwów w zasadzie nie wpływa na efektywność izolacji.
Pakiet ekranów radiacyjnych uzyskuje się również poprzez sklejanie poszczególnych ekranów i przekładek. Klej nakłada się na danej powierzchni punktowo. Ważne jest, aby miejsca nałożenia kleju nie pokrywały się w obrębie sąsiadujących warstw, a tym samym nie tworzyły mostków cieplnych. W miejscach nałożenia kleju wzrasta ilość ciepła przewodzonego pomiędzy łączonymi warstwami. Z tego względu, podobnie jak w przypadku zszywania, należy stosować możliwie małą, zapewniającą jednak dobrą integrację całego pakietu, liczbę połączeń poszczególnych warstw. Okazuje się, że stosowanie takiej ilości połączeń klejonych również nie wpływa na efektywność wielowarstwowej izolacji próżniowej. Zbyt duża ich ilość może spowodować wzrost strumienia ciepła przenikającego przez izolację nawet o 20% .

Metody łączenia końców pakietu ekranów
Z pośród kilku znanych metod łączenia końców pakietów ekranów radiacyjnych najszersze zastosowanie znalazły połączenia za pomocą taśm klejących oraz za pomocą specjalnych zamknięć o handlowej nazwie Velcro®.
Taśma klejąca powinna być położona wzdłuż linii łączenia krawędzi pakietu. Czasami, w celu zapewnienia lepszej trwałości połączenia, dodatkowo nakleja się kawałki taśmy w kierunku prostopadłym do linii łączenia pakietu. Stosowane taśmy klejące na ogół pokrywa się cienką warstwą aluminium. Ma to na celu obniżenie emisyjności powierzchni taśm, a tym samym nie pogorszenie efektywności superizolacji.
Zamknięcia typu Velcro® składają się z dwóch współpracujących ze sobą elementów. Na powierzchni jednego z nich znajdują się małe, wykonane z tworzywa sztucznego haczyki, natomiast drugi pokryty jest włoskowatym materiałem.
W przypadku izolacji próżniowych przy wysoce zdegradowanej próżni można przyjąć, że całkowita ilość ciepła przewodzona jest wyłącznie przez gaz. W zaproponowano wyrażenie na strumień ciepła przewodzonego przez gaz dla całego zakresu stosowanych ciśnień gazu. Podstawiając odpowiednie wielkości oraz przyjmując, że rozpatrywanym gazem jest powietrze można zapisać:

Utrzymywanie temperatur kriogenicznych, w szczególności bliskich lub niższych od temperatury wrzenia ciekłego helu tj. 4,2 K wymaga stosowania wysokoefektywnych izolacji cieplnych. Podstawową izolacją stosowaną w kriogenice jest izolacja próżniowa, wynaleziona przez Dewara, a następnie udoskonalona przez dodanie ekranów czynnych i biernych. W szczególności umieszczenie w próżni wielu warstw metalizowanych ekranów poliestrowych prowadzi do uzyskania bardzo efektywnej i dobrze działającej, nawet w warunkach pogorszonej próżni, izolacji zwanej superizolacją. Praktyczne stosowanie superizolacji w systemach kriogenicznych wymaga poznania i rozwiązania wielu problemów o charakterze modelowym i technologicznym. Nie jest możliwe wskazanie jednego, najefektywniejszego rozwiązania konstrukcyjnego dla wszystkich warunków pracy superizolacji. Znając mechanizmy transportu ciepła przez izolację można dla zadanych temperatur brzegowych wyznaczyć jej parametry pracy (poziom próżni, ilość warstw) oraz sprecyzować wymagania dotyczące właściwości fizycznych materiałów, z których superizolacja powinna być wykonana.
Uzyskiwanie najefektywniejszego sposobu izolowania cieplnego wymaga stosowania materiałów o odpowiednich właściwościach. Równie duży wpływ na ilość ciepła przenikającego przez wielowarstwową izolację próżniową ma odpowiedni sposób instalacji dobranych materiałów na izolowanej powierzchni. Może bowiem dojść do sytuacji, że pomimo zastosowania wysokiej jakości materiałów izolacja nie osiągnie wymaganych właściwości cieplnych.
Przy doborze odpowiedniego rozwiązania konstrukcyjnego należy brać pod uwagę takie czynniki jak: wielkość produkcji, rozmiar, dostępność oraz kształt powierzchni izolowanej oraz czas instalacji izolacji. W przypadku produkcji jednostkowej nie jest uzasadnione stosowanie drogich, a ponadto pogarszających efektywność izolacji, rozwiązań polegających np. na wstępnym wykonaniu pakietów ekranów. W tym przypadku czas i łatwość instalacji izolacji ma znaczenie drugorzędne. Odwrotnie jest w przypadku produkcji masowej urządzeń kriogenicznych lub, gdy izolacji podlegają bardzo duże powierzchnie o jednakowej geometrii. Np. do izolacji cieplnej akceleratora SSC w Stanach Zjednoczonych planowano zastosowanie zszywanych pakietów ekranów o zmiennej długości, zamykanych za pomocą Velcro® . Podobne rozwiązania planuje się zastosować w obecnie budowanym w Europejskiej Organizacji Badań Jądrowych CERN w Genewie akceleratorze LHC. W obydwu przypadkach zdecydowano się na zastosowanie rozwiązań, z jednej strony pozwalających na dużą łatwość i mało czasochłonną instalację izolacji (pakiety ekranów, zamknięcia typu Velcro®) z drugiej zaś, poprawiających efektywność wielowarstwowej izolacji próżniowej (ekrany o zmiennej długości, zakrywanie zamknięć typu Velcro® aluminiowanymi taśmami klejącymi lub warstwą ekranów). Prawidłowy wybór rozwiązań konstrukcyjnych superizolacji powinien polegać na opracowaniu kompromisu pomiędzy możliwie najlepszą efektywnością a najłatwiejszym procesem instalacji izolacji.

Reklamy
Ten wpis został opublikowany w kategorii klimatyzacja, montaż klimatyzacji i oznaczony tagami , , , . Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s