Tepelná izolace – přehled tříd a oblastí použití

Izolace je klíčovým tématem moderní technologie a průmyslu, které dalece přesahuje rámec udržování tepla v budovách. Ať už se jedná o elektrickou izolaci motorů, tepelnou izolaci potrubí nebo ochranu před extrémními teplotami v průmyslových procesech – správná izolace je zásadní pro účinnost, bezpečnost a trvanlivost systémů a zařízení. V elektroinženýrství hrají třídy izolačních materiálů zásadní roli při zajištění spolehlivé práce elektrických strojů v extrémních podmínkách. Co přesně jsou izolační materiály a jak pomáhají zvyšovat efektivitu a bezpečnost průmyslových procesů? To zjistíte v následujícím článku.

Co je to izolace?

Účelem izolace je zabránit nebo snížit nežádoucí tok energie (elektřina, teplo) nebo látek, které by jinak mohly vést k poškození a ztrátě funkce. Rozlišuje se mezi tepelnou a elektrickou izolací. Elektrická izolace se týká výhradně toku elektrické energie, zatímco tepelná izolace se vztahuje k přenosu tepla nebo chladu.

Tepelná a elektrická izolace

Tepelná izolace označuje použití materiálů a systémů, které řídí a minimalizují tok tepla mezi různými oblastmi. V průmyslových aplikacích, jako je například strojírenství, je pro optimalizaci energetické účinnosti, zajištění stability procesů a zvýšení provozní bezpečnosti zásadní tepelná izolace. Snížením tepelných ztrát v systémech vytápění a chlazení lze výrazně snížit spotřebu energie. Kromě toho tepelná izolace chrání personál i zařízení před extrémními teplotami běžnými v průmyslových prostředích.

Tepelné třídy podle normy DIN 60085

DIN EN 60085 odkazuje na tepelnou klasifikaci elektrických izolačních materiálů a izolačních systémů. Zabývá se elektrickou izolací v kontextu své tepelné stability. Norma stanoví, jak jsou izolační materiály a systémy používané v elektrických strojích a zařízeních klasifikovány z hlediska jejich maximálních přípustných provozních teplot. Cílem je zajistit, aby tyto materiály spolehlivě fungovaly pod tepelným namáháním, aniž by ztratily své izolační vlastnosti. Různé třídy izolačních materiálů jsou označeny písmeny nebo číslicemi, z nichž každá odpovídá maximální přípustné provozní teplotě.

Následující třídy izolačních materiálů jsou rozlišeny následovně:

Třídy izolačních materiálů F a H jsou společné pro izolační systémy v elektrických strojích a motorech. Izolační systémy této třídy zajišťují, že stroje pracují spolehlivě při vysokém zatížení a v obtížných podmínkách průmyslového prostředí. Například motor určený pro izolační materiál třídy F může bezpečně pracovat při maximální provozní teplotě 155 °C, zatímco motor třídy H vydrží teploty až 180 °C.

Izolační látky a izolační materiály

Tepelně izolační materiály se používají v průmyslových aplikacích k minimalizaci tepelných ztrát, zvýšení energetické účinnosti a zvýšení bezpečnosti pracovního prostředí. Tepelné izolátory se v průmyslu používají v různých aplikacích, včetně izolace potrubí, pecí a dalších zařízení a systémů, které generují nebo zvládnou vysoké teploty.

Vzhledem k jejich vlastnostem jsou některé materiály obzvláště vhodné pro použití jako izolace. Polyuretanové pryže a pěny mohou být používány v širokém teplotním rozsahu, obecně jsou omezeny na středně vysoké teploty do asi 80–100 °C, zatímco běžné pryže mají velmi vysokou teplotní odolnost. Například silikonová pryž vydrží teploty nad 250 °C.

Izolační panely jako izolační součásti

Izolační panely jsou komponenty speciálně vyvinuté pro tepelnou izolaci. Typickými materiály, které se skládají z izolačních panelů, jsou například polystyren, skleněná vlna, pěna extrudéru nebo polyuretan. Každý materiál má zvláštní vlastnosti, které se týkají nejen tepelné vodivosti, ale také požární ochrany nebo odolnosti proti vlhkosti.

Izolační panely MISUMI

MISUMI nabízí komplexní řadu izolačních panelů. Skládají se z laminovaných tepelně odolných sklolaminátových fólií (pro rám) a kompozitních materiálů s vysokou tepelnou odolností. Existují různé varianty, jako je standardní verze pro použití jako běžný konstrukční materiál pro topné lisy nebo rozpěrky. Kromě toho existují také verze navržené tak, aby vydržely vysoké nebo velmi vysoké teploty. Ty mohou mít vysoký stupeň tepelné odolnosti až do 1000 °C. Tepelně izolační panely MISUMI poskytují vynikající tepelnou izolaci, která pomáhá zlepšovat a zajišťovat bezpečnější provozní prostředí.

Návod k použití pro izolační panely

Na izolačních panelech jsou k dispozici některé speciální funkce, které je třeba zvážit pro úspěšnou aplikaci, například:

• tepelně izolační panely se mohou snadno rozbít. Proto by se při utahování panelu měla vždy používat podložka. Nešroubujte jej příliš těsně.
• Jakmile se izolační panely nasytí vlhkostí, mohou se objevit praskliny a výkon se může snížit. Proto by měly být skladovány a používány pouze v suchém prostředí.
• Při velmi vysokých teplotách se může vytvořit kouř nebo zápach. I když nejsou škodlivé pro vaše zdraví, izolační panely by se měly používat pouze v dobře větraných prostředích.

Charakteristiky tepelné izolace

Tepelnou izolaci lze popsat nebo kvantifikovat pomocí různých parametrů. Tyto parametry poskytují základ pro rozhodování při výběru vhodného izolačního materiálu pro různé aplikace. Vlastnosti tepelné izolace zahrnují například:

• Tepelná vodivost: Tepelná vodivost je míra schopnosti materiálu vést teplo. Měří se ve wattech na metr na Kelvin (W/m * K). Nižší hodnoty znamenají lepší izolaci.
• Tepelná odolnost: Tepelná odolnost, nebo také nazývaná hodnota R, je míra odporu látky nebo materiálu vůči toku tepla. Je indikován v metrech čtverečních Kelvin na watt (m²K/W). Čím vyšší je tepelný odpor, tím lepší je izolace.
• Koeficient přenosu tepla: Koeficient přenosu tepla, také nazývaný hodnota U, indikuje tok tepla komponentou, pokud se teplota na vnější straně liší od teploty na vnitřní straně. Nízký koeficient přenosu tepla značí, že materiál umožňuje průchod malého množství tepla a je dobrým izolátorem.
• Specifická tepelná kapacita: Specifická tepelná kapacita se vztahuje k množství tepla potřebnému ke zvýšení teploty konkrétní hmotnosti materiálu. Tato hodnota je uvedena v joulech na kilogram a v Kelvinech (J/kgK). Čím vyšší je specifická tepelná kapacita, tím více tepla může materiál absorbovat.
• Požární chování: Požární chování označuje schopnost materiálu odolávat ohni a vysokým teplotám. Označuje, zda je hořlavý nebo v případě požáru vydává kouř a toxiny.

Při výběru vhodného izolačního materiálu musí být pečlivě vyhodnoceny specifické požadavky aplikace. Při plánování izolačních aplikací musí být vždy zahrnuty bezpečnostní rezervy, aby se vyrovnaly s neočekávaným namáháním nebo extrémními podmínkami. Tyto rezervy zajišťují, že izolační materiál funguje spolehlivě i za nepříznivých podmínek a splňuje systémové požadavky. Je třeba vzít v úvahu i vliv tepelné expanze a možnost poruch způsobených mechanickým namáháním. Integrace bezpečnostních rezerv do fáze plánování zvyšuje robustnost systému a zajišťuje efektivní a spolehlivou funkci izolace.

Použití tepelné izolace

Tepelná izolace se používá v různých oblastech. Ve strojírenství a průmyslové výrobě tepelná izolace zlepšuje energetickou účinnost, optimalizuje procesy a zvyšuje celkovou bezpečnost. Ve strojírenství zvyšují izolační panely účinnost systémů vytápění a chlazení minimalizací tepelných ztrát a zlepšením regulace teploty.

Tepelná izolace ve vstřikovacích lisovacích strojích

Vstřikovací lisovací stroje se používají k výrobě složitých plastových dílů. Tento proces vyžaduje značné množství energie a zahrnuje vysoké teploty. Zahříváním plastového granulátu až do bodu tání může být plast zpracován ve vstřikovacím lisovacím stroji. Tepelná izolace se používá ve vstřikovacích lisovacích strojích k zajištění rovnoměrného rozložení teploty a k zabránění ochlazení taveniny na jedné straně. Na druhé straně by izolace měla minimalizovat tepelné ztráty, zvýšit provozní bezpečnost a snížit spotřebu energie.

Další informace a tipy k nastavení stroje u vstřikovacích lisovacích strojů naleznete v blogu Vstřikovací lisování plastů - nastavení stroje.

Izolace průmyslových trubek

V průmyslových procesech jsou potrubí izolována, mimo jiné, aby se snížil přenos tepla horkým nebo studeným médiem do životního prostředí. To nejen zvyšuje ochranu pracovníků před potenciálně nebezpečnými teplotami povrchu potrubí, ale také zabraňuje kondenzaci na vnější straně chladicího potrubí, což může vést ke korozi.

Izolační panely ve zpracování kovů

V průmyslu zpracování kovů se topné pece používají k tepelnému zpracování za účelem změny mechanických vlastností kovů prostřednictvím procesů, jako je vytvrzování, temperování a žíhání. Tepelná izolace je zde obzvláště důležitá. Izolační panely vyrobené z vysokoteplotně odolných kompozitních materiálů snižují tepelné ztráty a zároveň umožňují rovnoměrnější rozložení teploty v peci. Kompozitní materiály používané v izolačních panelech pro pece jsou speciálně navrženy tak, aby odolaly extrémním teplotám. Například kompozity z keramických vláken jsou známé svou vynikající tepelnou odolností a nízkou tepelnou vodivostí.