Πτυχιακή Εργασία. Θερμική μόνωση μηχανολογικών εγκαταστάσεων

Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Καβάλας Σχολή Τεχνολογικών Εφαρμογών Τμήμα Μηχανολογίας Πτυχιακή Εργασία Θερμική μόνωση μηχανολογικών εγκαταστάσεων ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ: Α.Μ. 4055 Επιβλέπων : Βασίλης Λιόγκας, Μηχανολόγος Μηχανικός ΜSc Καβάλα, Απρίλιος 2010

Περιεχόμενα Εισαγωγή... 5 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο... 6 1. ΜΟΝΩΣΗ... 6 1.1. Θερμότητα... 7 1.2. Θερμοροή... 7 1.3. Τρόποι Μετάδοσης... 7 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο... 9 2. ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ... 9 2.1. Θερμοροή μεταξύ εσωτερικού ρευστού και τοιχώματος... 9 2.2. Ο συντελεστής μετάβασης h i... 9 2.3. Θερμοροή μεταξύ τοιχώματος και εξωτερικού περιβάλλοντος... 10 2.4. Ο συντελεστής μετάβασης h e... 11 2.5. Συντελεστής μετάβασης με μεταφορά h c (convection)... 11 2.5.1. Μόνωση εγκατάστασης στο εσωτερικό κτιρίου, δηλαδή σχεδόν ήρεμος αέρας περιβάλλοντος (ταχύτης μέχρι 1 m/s).... 11 2.5.2. Μόνωση εγκατάστασης στο εξωτερικό κτιρίου, δηλαδή υπό την επίδραση ανέμου.... 12 2.5.3. Συντελεστής μετάβασης με ακτινοβολία hr (rayonnement)... 13 2.6. Θερμοροή μέσα στο τοίχωμα... 13 2.6.1. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ... 14 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο... 16 3. ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ... 16 3.1. Θερμικές απώλειες... 16 3.2. Θερμική μόνωση... 17 3.3. Επίπεδα τοιχώματα... 17 3.3.1. Λεπτά μεταλλικά αμόνωτα τοιχώματα... 17 3.3.2. Λεπτά μονωμένα τοιχώματα... 18 3.4. Κυλινδρικά τοιχώματα... 19 3.4.1. Σωληνώσεις αμόνωτες... 19 3.4.2. Σωληνώσεις μονωμένες... 20 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 1 από 72

3.5. Σφαιρικά τοιχώματα... 21 3.5.1. Κρίσιμη διάμετρος... 21 3.6. Οποιοδήποτε τοίχωμα... 21 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο... 23 4. ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΕΣ... 23 4.1. Μέθοδοι υπολογισμού απωλειών.... 23 4.2. Θερμογέφυρες σε σωληνώσεις... 25 4.3. Θερμοκρασία επιφάνειας της μόνωσης... 25 4.4. Επίπεδα τοιχώματα... 25 4.5. Κυλινδρικά τοιχώματα... 26 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο... 27 5. ΠΑΧΟΣ ΜΟΝΩΣΗΣ... 27 5.1. Οικονομικά κριτήρια... 27 5.2. Υπολογισμός Οικονομικού Πάχους Μόνωσης με τη μέθοδο Διαδοχικών Προσεγγίσεων... 30 5.3. Υπολογισμός Οικονομικού πάχους Μόνωσης με την Αναλυτική Μέθοδο... 30 5.3.1. Για επίπεδο τοίχωμα... 30 5.3.2. Για κυλινδρικό τοίχωμα... 33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο... 36 6. ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ... 36 6.1. ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ... 36 6.1.1. ΓΕΝΙΚΑ... 36 6.2. ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 37 6.3. ΚΡΙΤΗΡΙΑ ΕΠΙΛΟΓΗΣ... 38 6.4. ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΩΝ ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΩΝ ΥΛΙΚΩΝ... 41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 7 Ο... 44 7. ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ... 44 7.1. Κίσσηρη ή ελαφρόπετρα... 44 7.2. Περλίτης... 44 7.3. Αφρώδες ή κυψελωτό σκυρόδεμα... 44 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 2 από 72

7.4. Υαλοβάμβακας... 45 7.5. Διογκωμένη πολυστερίνη (EPS)... 45 7.6. Αφρώδες πολυουρεθάνη... 48 7.7. Ξυλόμαλλο... 50 7.8. Ορυκτοβάμβακας (πετροβάμβακας)... 50 7.9. Διογκωμένος φελλός... 52 7.10. Περλίτης διογκωμένος... 53 7.11. Ορυκτοβάμβακας κοκκώδης... 53 7.12. Υαλοβάμβακας χύμα... 54 7.13. Περλιτοδέματα... 54 7.14. Κυψελωτό κονιόδεμα... 54 7.15. Περλιτόπλακες... 54 7.16. Ξυλόμαλλο σε πλάκες απλές... 54 7.17. Πλάκες από ξυλόμαλλο με μονωτική επένδυση... 55 7.18. Πλάκες από ξυλόμαλλο διπλές (SANDWICH) με πυρήνα από θερμομονωτικό υλικό... 55 7.19. Υαλοβάμβακας σε πλάκες... 56 7.20. Πολυστερίνη διογκωμένη σε πλάκες... 56 7.21. Πολυστερίνη εξιλασμένη σε πλάκες... 57 7.22. Πολυουθεράνη σε πλάκες... 57 7.23. Φαινολικός αφρός σε πλάκες... 57 7.24. Ορυκτοβάμβακας σε πάπλωμα... 57 7.25. Υαλοβάμβακας σε πάπλωμα... 58 7.26. Κοχύλια Υαλοβάμβακα... 58 7.27. Κοχύλια Ορυκτοβάμβακα... 58 7.28. Κοχύλια και φύλλα συνθετικού καουτσούκ... 58 7.29. Κοχύλια φύλλα ή ρολά διογκωμένου πολυαιθυλενίου... 59 7.30. Κοχύλια μαλακής αφρώδους πολυουρεθάνης... 59 7.31. Κοχύλια σκληρής διογκωμένης πολυουθεράνης... 59 7.32. ALFABLOC μονωτικό δομικό υλικό... 59 7.33. Περλομπετόν (ΡΕRLOΜΙΝ) μονωτικό δομικό υλικό... 60 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 3 από 72

7.34. Περλιτικά επιχρίσματα... 60 7.35. Επιχρίσματα ΠΕΡΛΟΜΙΝ... 61 7.36. Φελλός... 61 7.37. Ξύλο... 62 7.38. HERAKLITH... 62 7.39. THORO - θερμοπρόσοψη... 64 7.40. WALLMATE CW (για θερμομόνωση διπλών εξωτερικών τοίχων)..... 64 7.41. ISOSCHAUM - μονωτικός αφρός πλήρωσης... 65 7.42. THERMOPROOF PU (θερμομονωτικό σε ρολά)... 65 7.43. INSU-PLATE (θερμομονωτικές πλάκες)... 66 7.44. ROOFMATE LG (μόνωση οροφών)... 66 7.45. Κονιάματα... 67 7.46. Ουρεϊκός αφρός... 67 7.47. Ορυκτοβάμβακες σε πλάκες... 68 7.48. LAPINUS (θερμομόνωση βιομηχανιών)... 68 7.49. Θερμομονωτικά και ηχομονωτικά κονιάματα... 69 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ... 71 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 4 από 72

Εισαγωγή Η παρούσα πτυχιακή έχει ως θέμα: «ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ» και έχει ως σκοπό να γίνει ένας χρήσιμος οδηγός στο πρόβλημα μελέτης, επίβλεψης και κατασκευής των θερμικών μονώσεων μηχανολογικών εγκαταστάσεων. Στην συνέχεια της εργασίας, δίδονται οι βασικές έννοιες και οι νόμοι της θερμότητας και οι τρόποι υπολογισμού των θερμικών απωλειών και των θερμοκρασιών στην επιφάνεια της μόνωσης. Προσδιορίζεται επίσης το απαιτούμενο πάχος μονωτικού με οικονομικά ή τεχνικά κριτήρια. Τέλος επιλύονται συνήθη σχετικά προβλήματα και δίδονται χρήσιμοι πίνακες και διαγράμματα. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 5 από 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 Ο 1. ΜΟΝΩΣΗ Οι λόγοι που επιβάλλουν τη θερμική μόνωση είναι πολλοί και διαφορετικοί μεταξύ τους. Μπορούν όμως να χωριστούν σε τρεις βασικές κατηγορίες: - Εξοικονόμηση ενέργειας Η θερμική μόνωση περιορίζει τις θερμικές απώλειες έναντι της «σπατάλης» ενέργειας που παρατηρείται σε αμόνωτες εγκαταστάσεις και επιφέρει έτσι μια εξοικονόμηση ενέργειας και καυσίμων. - Τεχνικές απαιτήσεις o Η διατήρηση για ορισμένο χρονικό διάστημα σε υγρή κατάσταση διαφόρων προϊόντων (παχύρευστα καύσιμα, άσφαλτος, υγροποιημένα αέρια κ.λπ.). o Η σταθερή θερμοκρασία σε χημικούς αντιδραστήρες. o Η αποφυγή φθορών από συμπυκνώσεις υδρατμών ή πάγους. o Η καλή λειτουργία καπναγωγών χωρίς υγροποίηση καυσαερίων. o Οι ψυκτικοί θάλαμοι, και, πολλές άλλες περιπτώσεις, επιβάλλουν και χρειάζονται μια πολύ καλή και σωστή μόνωση. - Ασφάλεια προσωπικού και εγκαταστάσεων Η αποφυγή ατυχημάτων από υπερθέρμανση (εγκαύματα) ή ψύξη (κρυοπαγήματα), καθώς και πυρκαγιών ή εκρήξεων με καταστρεπτικά αποτελέσματα, απαιτεί μια μόνωση υπολογισμένη να ελέγχει και διατηρεί την θερμοκρασία σε ορισμένα όρια. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 6 από 72

1.1. Θερμότητα Κάθε σώμα έχει μια θερμική ενέργεια ή θερμότητα που εξαρτάται από την απόλυτη θερμοκρασία του. Σύμφωνα με το δεύτερο θερμοδυναμικό αξίωμα, μεταξύ δύο σωμάτων με διαφορετική θερμοκρασία δημιουργείται μια θερμική ροή, μεταδίδεται δηλαδή ένα ποσό θερμότητας, από το θερμότερο σώμα προς το ψυχρότερο που τείνει στην εξίσωση των θερμοκρασιών των δυο σωμάτων. Μονάδα μετρήσεως της θερμότητας είναι η χιλιοθερμίδα Kcal, και κατά I.S.O. το KJouIe KJ ή η Βατώρα Wh. Η αντιστοιχία είναι: 1 Kcal = 4,186 Κ J = 1,163 Wh 1.2. Θερμοροή Το ποσό θερμότητας που μεταδίδεται μέσω μιας επιφάνειας, που χωρίζει δύο σώματα διαφορετικών θερμοκρασιών, στη μονάδα του χρόνου και επιφάνειας ονομάζεται «θερμοροή», συμβολίζεται με το Q και μετριέται σε χιλιοθερμίδες ανά ώρα και τετραγωνικό μέτρο Kcal/hm2 και κατά I.S.O σε βάτ ανά τετραγωνικό μέτρο W/m2. Η αντιστοιχία είναι 1 Kcal/hm2 = 1,163 W/m2. Για την ευκολία των υπολογισμών η θερμοροή στις σωληνώσεις και στους αγωγούς συμβολίζεται με το q και εκφράζεται ανά τρέχον μέτρο δηλαδή Kcal/hm ή W/m. Η αντιστοιχία είναι: q = (περιφέρεια αγωγού) x Q Σε κάθε περίπτωση οι υπολογισμοί μόνωσης γίνονται υποθέτοντας σύστημα με σταθερή θερμική κατάσταση των σωμάτων. 1.3. Τρόποι Μετάδοσης Η μετάδοση της θερμότητας γίνεται με τρεις τρόπους: μεταφορά (convection) ακτινοβολία (rayonnement) αγωγιμότητα (conductivite) ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 7 από 72

Σε όλα σχεδόν τα προβλήματα μόνωσης έχουμε να μελετήσουμε την συναλλασσόμενη θερμότητα, δηλαδή τη θερμοροή μεταξύ δύο ρευστών με διαφορετικές θερμοκρασίες που χωρίζονται μ' ένα τοίχωμα. Η θερμοροή διατηρείται σταθερά η ίδια και υπολογίζεται στα τρία τμήματα της πορείας της δηλαδή: Θερμοροή μεταξύ εσωτερικού ρευστού και τοιχώματος Θερμοροή μέσα στο τοίχωμα Θερμοροή μεταξύ τοιχώματος και εξωτερικού περιβάλλοντος. Σχήμα 1 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 8 από 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 Ο 2. ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΙΚΩΝ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΕΩΝ 2.1. Θερμοροή μεταξύ εσωτερικού ρευστού και τοιχώματος Από το θερμό ρευστό παρατηρείται μία θερμοροή προς το τοίχωμα με μεταφορά και ακτινοβολία. Η θερμοροή Q είναι ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασιών μεταξύ του ρευστού t i και της εσωτερικής επιφάνειας του τοιχώματος t si με συντελεστή αναλογίας τον συντελεστή μετάβασης h i, δηλαδή: Q = h i (t i t si ) w m 2 (1) 2.2. Ο συντελεστής μετάβασης h i Ο συντελεστής μετάβασης h i είναι η θερμοροή μεταξύ εσωτερικού ρευστού και επιφάνειας, όταν υπάρχει διαφορά θερμοκρασίας 1 ή 1Κ και υπολογίζεται σαν άθροισμα των συντελεστών μετάβασης με μεταφορά h c και με ακτινοβολία h r δηλαδή: h i = h c + h r (1α) Στoν παρακάτω πίνακα δίδονται οι περιοχές τιμών του h i στα συνήθη ρευστά. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 9 από 72

ΠΙΝΑΚΑΣ ΣΥΝΤΕΛΕΣΤΩΝ ΜΕΤΑΒΑΣΗΣ h i (W/m2K) Σχεδόν ήρεμα αέρια (ταχύτητα 0 1 m/s) 8 20 Ρέοντα αέρια ή καυσαέρια 12 120 Ρέοντα παχύρευστα υγρά 60 600 Ρέων υπέρθερμος υδρατμός 450 700 Κρύο νερό 600 12.000 Ζεστό νερό 1.000 50.000 Συμπυκνωμένος υδρατμός 6.000 18.000 Ρέον ΑΙ στους 700 C 100.000 Παρατηρήσεις - Ο συντελεστής h i των υγρών είναι πολύ μεγαλύτερος από των αερίων, περίπου 1000 φορές ( h υγρών 1000 h αερίων). - Οι τιμές του h i είναι πάρα πολύ μεγάλες εκτός από την περίπτωση ήρεμων αερίων. Για αυτό συνήθως το 1/h i είναι αμελητέο στον υπολογισμό της μόνωσης όπως θα δούμε παρακάτω. - Επίσης για μεγάλες τιμές του h i η διαφορά (ti tsi) είναι πολύ μικρή, οπότε χωρίς σοβαρό λάθος, θεωρούμε ti = tsi - Όταν πρόκειται για σχεδόν ήρεμα αέρια (h<20 W/m 2 K) o h i μπορεί να εκτιμηθεί όπως και ο συντελεστής μετάβασης από το τοίχωμα στο περιβάλλον h e. 2.3. Θερμοροή μεταξύ τοιχώματος και εξωτερικού περιβάλλοντος Από το μονωτικό τοίχωμα παρατηρείται μία θερμοροή προς το περιβάλλον (συνήθως τον ατμοσφαιρικό αέρα) με μεταφορά και ακτινοβολία. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 10 από 72

Η θερμοροή αυτή Q είναι ανάλογη με τη διαφορά θερμοκρασιών μεταξύ της εξωτερικής επιφάνειας του τοιχώματος t se και του περιβάλλοντος ρευστού t e, με συντελεστή αναλογίας τον συντελεστή μετάβασης h c, δηλαδή: Q = h e (t se t e ) w m 2 (2) 2.4. Ο συντελεστής μετάβασης h e Ο συντελεστής μετάβασης h e είναι η θερμοροή όταν μεταξύ τοιχώματος και περιβάλλοντος, υπάρχει 1 C ή 1Κ διαφορά θερμοκρασίας και υπολογίζεται σαν το άθροισμα των συντελεστών μετάβασης h e με μεταφορά και h r με ακτινοβολία δηλαδή: h e = (h e h r ) w m 2 K (2a) 2.5. Συντελεστής μετάβασης με μεταφορά h c (convection) 2.5.1. Μόνωση εγκατάστασης στο εσωτερικό κτιρίου, δηλαδή σχεδόν ήρεμος αέρας περιβάλλοντος (ταχύτης μέχρι 1 m/s). α. Για επίπεδα τοιχώματα Εξίσωση 3 t se : θερμοκρασία εξωτ. επιφάνειας τοιχώματος, C t a : θερμοκρασία περιβάλλοντος αέρα μακριά από το τοίχωμα, C Α: συντελεστής εξαρτώμενος από την κατεύθυνση της θερμοροής με τις εξής τιμές: Α = 2,49 για θερμοροή προς τα άνω ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 11 από 72

= 1,31 για θερμοροή προς τα κάτω = 1,84 για οριζόντια θερμοροή β. Για κυλινδρικά τοιχώματα Εξίσωση 4 d: εξωτερική διάμετρος του σωλήνα σε μέτρα, m. e: πάχος μονωτικού σε μέτρα, m. 2.5.2. Μόνωση εγκατάστασης στο εξωτερικό κτιρίου, δηλαδή υπό την επίδραση ανέμου. α. Για επίπεδα τοιχώματα Εξίσωση 5 β. Για κυλινδρικά τοιχώματα Εξίσωση 6 υ: ταχύτης ανέμου περιβάλλοντος σε m/s d: εξωτερική διάμετρος σωλήνα σε m e: πάχος μονωτικού σε m ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 12 από 72

2.5.3. Συντελεστής μετάβασης με ακτινοβολία hr (rayonnement) Και για επίπεδα και για κυλινδρικά τοιχώματα εντός ή εκτός κτιρίου, ο συντελεστής μετάβασης με ακτινοβολία υπολογίζεται από την σχέση: Εξίσωση 7 - T se = t se + 273 Κ, απόλυτος θερμοκρασία τοιχώματος - T a = t a + 273 Κ, απόλυτος θερμοκρασία περιβάλλοντος - c = 5,75 ε - ε = συντελεστής εκπομπής, δηλαδή ο λόγος της ακτινοβολίας του εξεταζομένου σώματος προς την ακτινοβολία του «μέλανος σώματος» κάτω από τις ίδιες συνθήκες. Πρακτικά παίρνουμε - c = 4,60 για τις μεταλλικές επιφάνειες (Λαμαρίνες) - c = 5,30 για όλες τις άλλες (τσιμέντο, γύψο, βαφές, επιχρίσματα). 2.6. Θερμοροή μέσα στο τοίχωμα Το μονωτικό τοίχωμα που χωρίζει δύο ρευστά διαφορετικής θερμοκρασίας μπορεί να αποτελείται από διάφορες στρώσεις ομοιογενών υλικών. Μέσα στις στρώσεις αυτές του τοιχώματος παρατηρείται μία θερμοροή με αγωγιμότητα λόγω διαφοράς θερμοκρασίας στις δύο επιφάνειες κάθε στρώσης. Η θερμοροή αυτή Q είναι ανάλογη της συνολικής διαφοράς θερμοκρασιών των δύο επιφανειών του τοιχώματος και αντιστρόφως ανάλογος της συνολικής θερμικής αντίστασης αυτού (R) δηλαδή: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 13 από 72

Εξίσωση 8 - t si : θερμοκρασία της εσωτερικής επιφάνειας του τοιχώματος, C - t se : θερμοκρασία της εξωτερικής επιφάνειας του τοιχώματος, C - e: Πάχος κάθε στρώσης του τοιχώματος, m - λ: Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας κάθε στρώσης, W/mK - R = Σ * e/λ: άθροισμα των θερμικών αντιστάσεων των στρώσεων, - e/λ : εξ ορισμού θερμική αντίσταση ομοιογενούς υλικού. 2.6.1. Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ Ο Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ ενός ομοιογενούς υλικού είναι η θερμοροή που παρατηρείται, σε ένα τετραγωνικό μέτρο επιφάνειας και πάχους ένα μέτρο, όταν η θερμοκρασιακή διαφορά στις δύο πλευρές του υλικού κατά τη διεύθυνση της θερμοροής είναι 1 C ή 1 Κ. Μετριέται σε Kcal/mh C ή κατά I.S.O. σε W/mK Η αντιστοιχία είναι: Ο συντελεστής (λ) καθορίζει την θερμομονωτική ικανότητα του υλικού και όσο πιό μικρός είναι τόσο καλύτερο μονωτικό είναι το υλικό αυτό. Προσοχή, δεν υπάρχουν μονωτικά υλικά με λ = 0, δηλαδή η θερμοροή μπορεί να περιορισθεί αλλά δεν μηδενίζεται. Ακόμη και σε κενό ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 14 από 72

αέρος παρατηρείται μετάδοση θερμότητας με ακτινοβολία. Οι τιμές των συντελεστών (λ) για τα διάφορα υλικά κυμαίνονται ως εξής: ΥΛΙΚΑ λ( W/mK) Μέταλλα και κράματα 7 έως 400 Δομικά υλικά 0,20 έως 3,50 Μονωτικά υλικά 0,03 έως 0,10 Υγρά 0,10 έως 0,60 Αέρια 0,01 έως 0,23 Ο (λ) δεν είναι σταθερό μέγεθος για κάθε υλικό. Εξαρτάται από τη φύση και τη δομή του υλικού, την πυκνότητα του, τη θερμοκρασία του και την υγρασία του. Όταν το υλικό λειτουργεί μεταξύ δύο διαφορετικών θερμοκρασιών προσδιορίζεται το (λ) για τη μέση θερμοκρασία λειτουργίας. Μόνον εργαστηριακές μετρήσεις στις συνθήκες χρησιμοποιήσεως του υλικού πρέπει να λαμβάνονται υπ' όψη για τον υπολογισμό της μόνωσης. Για παράδειγμα μεταβολής του λ με την μεταβολή θερμοκρασίας, παραθέτουμε ένα πιστοποιητικό (λ) του υαλοβάμβακα ΜΟΝΥΑΛ τύπου ΒΠΕΚ που μετρήθηκε και εκδόθηκε σε Ινστιτούτο του Μονάχου σύμφωνα με τους Γερμανικούς Κανονισμούς DIN 52275, 52612 και VDI 2055. Επίσης ένα πίνακα πιστοποιητικών (λ) για όλα τα προϊόντα ΜΟΝΥΑΛ, του Υπ. Δημ. Έργων. Για τα θερμομονωτικά υλικά και τις προδιαγραφές τους θα ασχοληθούμε ειδικότερα στο δεύτερο μέρος της εργασίας. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 15 από 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 Ο 3. ΘΕΡΜΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΘΕΡΜΙΚΗ ΜΟΝΩΣΗ 3.1. Θερμικές απώλειες Όταν το ένα από τα δύο ρευστά εκατέρωθεν ενός τοιχώματος είναι το φυσικό περιβάλλον (ατμοσφαιρικός αέρας ή έδαφος) η παρατηρούμενη θερμοροή αποτελεί τις θερμικές απώλειες μέσω του τοιχώματος. - Οι θερμικές απώλειες Q δίδονται από την σχέση: Εξίσωση 9 t i = θερμοκρασία θερμού ρευστού, C t a -t c θερμοκρασία περιβάλλοντος μακριά από το τοίχωμα, C h i = Συντελεστής μετάβασης μεταξύ ρευστού και τοιχώματος, W/m 2 K h e = Συντελεστής μετάβασης μεταξύ τοιχώματος και περιβάλλοντος W/m 2 K e = πάχος κάθε στρώσης του τοιχώματος, m λ = Συντελεστής θερμικής αγωγιμότητος κάθε στρώσης, W/mK Οι σχέσεις (1), (2), (8) και (9) δίδουν την βασική σχέση: Εξίσωση 10 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 16 από 72

3.2. Θερμική μόνωση Στη σχέση (9) παρατηρούμε ότι για να μειώσουμε τις θερμικές απώλειες Q πρέπει να αυξήσουμε την θερμική αντίσταση R = Σ e μιας λ και δεν μπορούμε να μειώσουμε τους συντελεστές μετάβασης h i και h e. Αυτό γίνεται με την τοποθέτηση ικανού πάχους e, ενός θερμομονωτικού υλικού ή περισσοτέρων, με μικρό συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας (λ). Την κατασκευή αυτή της τοποθέτησης θερμομονωτικού υλικού σε κάποιο τοίχωμα με σκοπό να περιορίσουμε τις θερμικές απώλειες μέσω αυτού ονομάζουμε Θερμική μόνωση. Αλλά ας δούμε πως υπολογίζονται οι θερμικές απώλειες σε διάφορα τοιχώματα που εμφανίζονται στις μηχανολογικές εγκαταστάσεις. 3.3. Επίπεδα τοιχώματα Γενικά ισχύει ο τύπος (9): 3.3.1. Λεπτά μεταλλικά αμόνωτα τοιχώματα Σύμφωνα με τις προηγούμενες παρατηρήσεις συνήθως το 1 h i είναι αμελητέο όταν προστεθεί στο 1 h e Επίσης η θερμική αντίσταση των μετάλλων είναι αμελητέα επειδή π.χ. για λαμαρίνα 5 mm με λ = 58 W/mK είναι: e λ = 0,005 mk = 0,00008 58 W ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 17 από 72

δηλαδή μηδενική σχεδόν Ακόμη προσεγγίζω και τις θερμοκρασίες t, = tsi = tse οπότε ο τύπος (9) απλοποιείται ως εξής: Εξίσωση 11 3.3.2. Λεπτά μονωμένα τοιχώματα Παραλείποντας την αντίσταση μετάβασης 1 h i, την αντίσταση του μεταλλικού τοιχώματος και της τυχόν επικάλυψης του μονωτικού ως αμελητέα, ο τύπος (9) γίνεται: Εξίσωση 12 Παρατηρούμε ότι αυξάνοντας το πάχος e έχουμε πάντοτε μείωση των απωλειών Q. Σε πρώτη προσέγγιση μπορούμε να υποθέσουμε: - Για εγκαταστάσεις εντός κτιρίου h e = 8 έως 10 W/m 2 K. - Για εγκαταστάσεις υπαίθριες η αντίσταση 1 είναι κι αυτή αμελητέα h e οπότε: Εξίσωση 12α ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 18 από 72

3.4. Κυλινδρικά τοιχώματα Όπως είπαμε και σε προηγούμενο κεφάλαιο, η θερμοροή και οι θερμικές απώλειες στους αγωγούς, για να διευκολυνθούν οι υπολογισμοί, θα εκφράζονται γενικώς ανά τρέχον μέτρο αγωγού και συμβολίζονται με το q. Γενικά ισχύει ο τύπος: Εξίσωση 13 o d = εξωτερική διάμετρος αμόνωτου σωλήνα, m o d n, d n-1 = εξωτερική και εσωτερική διάμετρος αντίστοιχα της ν- οστής στρώσης μόνωσης, m o λ n = συντελεστής αγωγιμότητος του υλικού της ν-οστής στρώσης, W/mK o D = εξωτερική διάμετρος του μονωτικού τοιχώματος, m o l n = d n d n 1 φυσικός λογάριθμος του πηλίκου d n d n 1. o h i, h e = εσωτερικός και εξωτερικός συντελεστής μετάβασης W/m 2 K. 3.4.1. Σωληνώσεις αμόνωτες Ο τύπος (13) γίνεται: Εξίσωση 14 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 19 από 72

3.4.2. Σωληνώσεις μονωμένες Ο τύπος 13 γίνεται: Εξίσωση 15 Ο τύπος αυτός μπορεί να απλοποιηθεί ακόμη όταν: - Ο σωλήνας είναι μονωμένος και ευρίσκεται στο ύπαιθρο ή - Επιθυμούμε κάποιο συντελεστή ασφάλειας για τις απώλειες οπότε με λάθος μικρότερο του 10% μπορούμε να γράψουμε: Εξίσωση 16 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 20 από 72

3.5. Σφαιρικά τοιχώματα Γενικά ισχύει ο τύπος θερμορροής: Εξίσωση 17 ο οποίος στην περίπτωση μεταλλικής σφαίρας μ' ένα μονωτικό υλικό απλοποιείται στον τύπο: Εξίσωση 18 3.5.1. Κρίσιμη διάμετρος Όπως στους κυλινδρικούς αγωγούς έτσι και στα σφαιρικά τοιχώματα υπάρχει μία κρίσιμη διάμετρος (D c ) όπου μείωση των θερμικών απωλειών έχουμε μόνον για διαμέτρους μεγαλύτερες απ' αυτήν για κάθε μονωτικό υλικό. Εδώ η κρίσιμη διάμετρος για σφαίρα δίδεται από τον τύπο: 3.6. Οποιοδήποτε τοίχωμα Ισχύει ο τύπος θερμορροής: Εξίσωση19 - S i, S e = εσωτερική και εξωτερική επιφάνεια τοιχώματος, m 2. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 21 από 72

- e n, λ n S n-1, S n = το πάχος, το λ, η εσωτερική και η εξωτερική επιφάνεια της ν-οστής στρώσης μόνωσης. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 22 από 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 Ο 4. ΘΕΡΜΟΓΕΦΥΡΕΣ Για τη στερέωση του μονωτικού τοιχώματος (σωλήνας, δεξαμενή κ.λπ.) ή για τη στερέωση της προστατευτικής επικάλυψης του μονωτικού, στο τοίχωμα, χρησιμοποιείται ένα άλλο υλικό, π.χ. μεταλλικό στήριγμα που στα σημεία αυτά διακόπτει το μονωτικό υλικό και εμφανίζει σημαντικές θερμικές απώλειες. Τα σημεία αυτά του μονωτικού τοιχώματος λέγονται θερμογέφυρες. Ο υπολογισμός των απωλειών στις θερμογέφυρες είναι σχετικά περίπλοκος. 4.1. Μέθοδοι υπολογισμού απωλειών. Υπάρχει μία απλή μέθοδος που παραλείπει το φαινόμενο παραμόρφωσης της θερμικής ροής και δίνει μία προσεγγιστική και γρήγορη λύση του προβλήματος αυτού της θερμομόνωσης. Οι αρχές αυτής της μεθόδου είναι τρείς. i. Δεν λαμβάνεται υπ' όψιν η παραμόρφωση της θερμορροής. ii. Παραδεχόμαστε ότι η θερμοκρασία στην τομή της θερμογέφυρας με την επιφάνεια της μόνωσης είναι ίση με την θερμοκρασία του περιβάλλοντος. Η πρώτη παραδοχή οδηγεί σε μία μείωση των απωλειών σε σχέση με τις πραγματικές ενώ η δεύτερη σε μία αύξηση έτσι ώστε είμαστε σύμφωνοι με την απαιτούμενη ακρίβεια για την εκτίμηση των θερμικών απωλειών. iii. Για τον υπολογισμό των θερμοαπωλειών συνθέτουμε τις θερμικές αντιστάσεις του μονωτικού και της θερμογέφυρας παραλλήλως ως εξής: - Υπολογίζουμε τις θερμικές απώλειες του τοιχώματος χωρίς να λάβουμε υπ' όψιν τις θερμογέφυρες. - Προσθέτουμε τις θερμικές απώλειες από τις θερμογέφυρες που υπολογίζονται σύμφωνα με τον τύπο: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 23 από 72

Εξίσωση 20 Εικόνα 1 - S = άθροισμα των επιφανειών των τομών θερμογέφυρας και μονωτικού. m 2 - λ = συντελεστής θερμοαγωγιμότητας του υλικού θερμογέφυρας. W/Mk - e = πάχος του μονωτικού δίπλα στην θερμογέφυρα. m - t i - t a = Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ ρευστού και περιβάλλοντος. Κ ή C Μία δεύτερη μέθοδος δέχεται προσαύξηση του συντελεστού θερμοαγωγιμότητας του μονωτικού ανάλογα με το είδος και την απόσταση των στηριγμάτων του μονωτικού και της επικάλυψης. Έτσι για μεταλλικά ή κεραμικά στηρίγματα για μεταξύ τους απόσταση 1 m μπορεί να γίνουν οι κάτωθι προσαυξήσεις στο λ του θερμομονωτικού υλικού. ΠΡΟΣΑΥΞΗΣΗ ΤΟΥ λ ΣΤΗΡΙΓΜΑΤΑ Kcal/mK o C W/mK Μεταλλικά ασθενώς μονωμένα 0.010 0.012 Μεταλλικά καλώς μονωμένα 0.006 0.007 Κεραμικά από συμπαγές υλικό 0.004 0.005 Κεραμικά από πορώδες υλικό 0.003 0.004 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 24 από 72

4.2. Θερμογέφυρες σε σωληνώσεις Ο υπολογισμός απωλειών στις βάνες, φλάντζες, αναρτήσεις κ.λπ. είναι σχετικά περίπλοκος. Η εκτίμηση αυτών δίδεται από πίνακες με ένα περιθώριο ασφαλείας, εκφρασμένες σε ισοδύναμο μήκος μονωμένου σωλήνα. Για τις στηρίξεις των σωλήνων μπορούμε να προσεγγίσουμε τις απώλειες τους με τα εξής ποσοστά επί των βασικών απωλειών του δικτύου χωρίς τα ειδικά τεμάχια και τις στηρίξεις: 15% για εγκαταστάσεις εντός κτιρίου 20% για εγκαταστάσεις προστατευμένες εκτός κτιρίου 25% για εγκαταστάσεις εκτεθειμένες σε ανέμους. Για τα ειδικά συμπληρωματικά τεμάχια (Δικλείδες, σύρτες, φλάντζες, βάννες) ενός δικτύου σωληνώσεων ο πίνακας 7 δίνει το ισοδύναμο μήκος μονωμένου σωλήνα. 4.3. Θερμοκρασία επιφάνειας της μόνωσης Συνήθως ενδιαφέρει η θερμοκρασία στην εξωτερική (ψυχρή) επιφάνεια της μόνωσης, που αποτελεί ένα καλό κριτήριο για την επιτυχία της μόνωσης. Όσο πιό χαμηλή είναι η θερμοκρασία αυτή τόσο πιό σωστή και αποτελεσματική είναι η μόνωση που έχει γίνει. Για να υπολογίσουμε την θερμοκρασία στην εξωτερική επιφάνεια της μόνωσης tse χρησιμοποιούμε την αρχή σταθερής θερμοροής σε όλες τις επιφάνειες του μονωτικού τοιχώματος όπως εκφράζεται στον τύπο (10). Έτσι για τα διάφορα τοιχώματα έχουμε: 4.4. Επίπεδα τοιχώματα Θεωρούμε και πάλι την εσωτερική αντίσταση μετάβασης 1/hi και την θερμική αντίσταση του λεπτού τοιχώματος αμελητέες, οπότε η σχέση (10) γράφεται: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 25 από 72

Εξίσωση 21 4.5. Κυλινδρικά τοιχώματα Από την σχέση (15) για κυλινδρικά τοιχώματα έχουμε: Εξίσωση 22 ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 26 από 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 Ο 5. ΠΑΧΟΣ ΜΟΝΩΣΗΣ Σε προηγούμενο κεφάλαιο της εργασίας μας είδαμε ότι θερμική μόνωση ενός τοιχώματος είναι ουσιαστικά η θερμική αντίσταση (R = e/λ) του μονωτικού του. Μετά δηλαδή την εκλογή του σωστού μονωτικού υ- λικού, άρα και του συντελεστή θερμοαγωγιμότητός του (λ), το πόση μόνωση χρειαζόμαστε, προσδιορίζει και το πάχος e του εκλεγμένου μονωτικού που πρέπει να τοποθετηθεί στο υπ' όψη τοίχωμα. Πόση μόνωση όμως χρειαζόμαστε; Στο σοβαρό αυτό ερώτημα απαντάμε εφ' όσον γνωρίζουμε ποιος λόγος επιβάλλει τη συγκεκριμένη μόνωση. Οι λόγοι της θερμικής μόνωσης μηχανολογικών εγκαταστάσεων ό- πως περιγράφηκαν και στην εισαγωγή του τεύχους αυτού συνοψίζονται σε τρεις: α) Οικονομικούς β) Τεχνικούς γ) Ασφάλειας και αποτελούν όπως θα δούμε στη συνέχεια τα κριτήρια για την επιλογή του πάχους μόνωσης. 5.1. Οικονομικά κριτήρια Η θερμική μόνωση μιας εγκατάστασης περιορίζει τις θερμικές της απώλειες, μειώνει δηλαδή τα καύσιμα και τα έξοδα λειτουργίας της, έχει όμως και κάποια δαπάνη για την αγορά και τοποθέτηση των αναγκαίων υλικών μόνωσης. Ονομάζουμε οικονομικό πάχος μόνωσης το πάχος εκείνο του μονωτικού που αποφέρει με την μόνωση μιας θερμικής εγκατάστασης, το «μέγιστο θερμικό κέρδος» σε μία ελάχιστη επιθυμητή διάρκεια χρησιμοποίησης της. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 27 από 72

Το «θερμικό κέρδος» προκύπτει αν αφαιρέσουμε από το κόστος θερμικών απωλειών της εγκατάστασης χωρίς μόνωση, το «θερμικό κόστος» μετά τη μόνωση. Το θερμικό κόστος περιλαμβάνει: α) Τη δαπάνη μελέτης, αγοράς και τοποθέτησης της μόνωσης και β) Το κόστος θερμικών απωλειών μετά τη μόνωση. Το πρόβλημα προσδιορισμού του οικονομικού πάχους μόνωσης επιλύεται με διάφορες μεθόδους μεγιστοποίησης του θερμικού κέρδους ή ελαχιστοποίησης του θερμικού κόστους. Για τον προσδιορισμό αυτό χρησιμοποιούνται οι εξής παράμετροι. - Ρ: Ολική αρχική δαπάνη μελέτης, αγοράς και τοποθέτησης όλων των αναγκαίων υλικών μόνωσης ανά μονάδα επιφάνειας. - η: Ελάχιστη επιθυμητή διάρκεια χρησιμοποίησης της εγκατάστασης. - Ν: Μέσος αριθμός ωρών λειτουργίας ανά έτος, στην διάρκεια χρησιμοποίησης της εγκατάστασης. - C: Κόστος θερμικής ενέργειας ανάλογα με το καύσιμο και τον βαθμό απόδοσης παραγωγής της ενέργειας απ' αυτό. - Q ο Θερμικές απώλειες της εγκατάστασης χωρίς μόνωση ανά μονάδα επιφάνειας. - Q: Θερμικές απώλειες της εγκατάστασης με μόνωση ανά μονάδα επιφάνειας. Θεωρώντας την αύξηση των καυσίμων (θερμικής ενέργειας) περίπου στο ίδιο επίπεδο με τον πληθωρισμό, για τα επόμενα n χρόνια, μπορούμε να υπολογίσουμε σε σημερινές τιμές το κόστος και το κέρδος της μόνωσης σ' όλη τη χρονική διάρκεια των n ετών ως εξής: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 28 από 72

Το θερμικό κόστος F είναι της μορφής: F = P + n * Q * C * N Το θερμικό κέρδος Κ F είναι της μορφής: Κ = n Q o C Ν - (Ρ + n Q C Ν) Αναζητούμε το βέλτιστο πάχος μόνωσης e o που δίνει το ελάχιστο κόστος F min και το μέγιστο κέρδος K max όπως φαίνεται στο πιό κάτω σχήμα. Διάγραμμα 1 Καμπύλες θερμικού κόστους και θερμικού κέρδους ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 29 από 72

5.2. Υπολογισμός Οικονομικού Πάχους Μόνωσης με τη μέθοδο Διαδοχικών Προσεγγίσεων Για διάφορα πάχη του μονωτικού που επιλέξαμε, υπολογίζουμε την ολική αρχική δαπάνη μόνωσης Ρ, ανά m για επίπεδα τοιχώματα, ή ανά τρέχον m για κυλινδρικά. Ορίζουμε την ελάχιστη επιθυμητή διάρκεια χρησιμοποίησης της εγκατάστασης η, σε έτη. Συνήθως 5 έως 15 έτη. Εκτιμάμε το μέσο αριθμό ωρών λειτουργίας ανά έτος Ν. Εκτιμάμε το κόστος θερμικής ενέργειας C, σε δρχ./kwh ή δρχ./kcal ή δρχ./kj. 5.3. Υπολογισμός Οικονομικού πάχους Μόνωσης με την Αναλυτική Μέθοδο Η ολική αρχική δαπάνη μόνωσης Ρ, προσεγγίζεται μ' ένα τύπο της μορφής: P = P ο + P' * e ( /m 2 ) όπου: - Ρ ο = Το σταθερό τμήμα δαπάνης, ανεξάρτητο του πάχους μόνωσης (υλικά επικάλυψης και τοποθέτηση), ( /m 2 ) - Ρ'= Το μεταβλητό τμήμα δαπάνης που εξαρτάται από το μονωτικό ανά μονάδα επιφάνειας και πάχους μόνωσης, ( /m 3 ) - e = Το πάχος του μονωτικού, m 5.3.1. Για επίπεδο τοίχωμα Οι θερμικές απώλειες χωρίς μόνωση είναι: Οι θερμικές απώλειες με μόνωση είναι: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 30 από 72

όπου a = συντελεστής προσαύξησης λόγω θερμογεφυρών στήριξης Το θερμικό κόστος είναι: Το θερμικό κέρδος είναι: Οι συναρτήσεις F(e) και K(e) παίρνουν την ελάχιστη και μέγιστη τιμή αντίστοιχα για το πάχος e0 που μηδενίζει την πρώτη παράγωγο τους ως προς e, δηλαδή: Άρα: Εξίσωση 24 όπου: n = Ελάχιστη επιθυμητή διάρκεια χρησιμοποίησης της εγκατάστασης, έτη. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 31 από 72

a = Συντελεστής προσαύξησης θερμογεφυρών στήριξης. λ = Συντελεστής θερμοαγωγιμότητας του μονωτικού στην μέση θερμοκρασία λειτουργίας του, W/mK t i = Μέση θερμοκρασία εσωτερικού θερμού ρευστού, C t a = Μέση θερμοκρασία περιβάλλοντος, C t se = t a + t i t a 20 τύπος (23). εξωτερική επιφάνεια της μόνωσης, C C = Κόστος θερμικής ενέργειας, ( /Wh) Εκτίμηση της θερμοκρασίας στην Ν = Μέσος αριθμός ωρών λειτουργίας ετησίως, ώρες/έτος Ρ'= Το μεταβλητό τμήμα δαπάνης μόνωσης ανά μονάδα όγκου του μονωτικού, ανεξάρτητο δηλαδή της επικάλυψης και των εργατικών τοποθέτησης, δρχ./m3 Το «Ελάχιστο θερμικό κόστος» είναι: Το Μέγιστο θερμικό κέρδος είναι: Η δαπάνη μόνωσης είναι: Το ετήσιο κέρδος είναι: Ο Χρόνος απόσβεσης της δαπάνης μόνωσης είναι: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 32 από 72

Η εξοικονόμηση ενέργειας είναι: 5.3.2. Για κυλινδρικό τοίχωμα Οι θερμικές απώλειες χωρίς μόνωση τύπος (14) είναι Οι θερμικές απώλειες με μόνωση τύπος (15) είναι όπου a = συντελεστής προσαύξησης λόγω θερμογεφυρών στήριξης d = εξωτερική διάμετρος του σωλήνα, m. Το θερμικό κόστος είναι: Το θερμικό κέρδος είναι: Οι συναρτήσεις F a (e) και K a (e) παίρνουν την ελάχιστη και την μέγιστη τιμή αντίστοιχα για το πάχος e ο που μηδενίζει την πρώτη παράγωγο τους ως προς e, δηλαδή: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 33 από 72

Εξίσωση 24α Η λύση αυτής της εξίσωσης ως προς e ο, δίνει το ζητούμενο οικονομικό πάχος μόνωσης, m. όπου: Ρ ο = Το σταθερό τμήμα δαπάνης μόνωσης, ανεξάρτητο του πάχους, ( /m 2 ) Ρ' = Το μεταβλητό τμήμα δαπάνης μόνωσης, ( /m 3 ) d = Η εξωτερική διάμετρος σωλήνα, m n = Η ελάχιστη επιθυμητή διάρκεια χρησιμοποίησης της εγκατάστασης a = συντελεστής προσαύξησης θερμογεφυρών στήριξης. λ = Συντελεστής θερμοαγωγιμότητας του μονωτικού στην μέση θερμοκρασία λειτουργίας του, W/mK t i = Μέση θερμοκρασία εσωτερικού θερμού ρευστού, C t se = t i t a, εκτίμηση θερμοκρασίας εξωτ. επιφάνειας 20 μόνωσης, C 20 t a = Μέση θερμοκρασία περιβάλλοντος, C C = Κόστος θερμικής ενέργειας, ( /Wh) Ν = Μέσος αριθμός ωρών λειτουργίας ετησίως, ώρες/έτος Το Ελάχιστο θερμικό κόστος είναι: Το Μέγιστο θερμικό κόστος είναι: ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 34 από 72

Η δαπάνη μόνωσης είναι: Το ετήσιο κέρδος είναι: Ο χρόνος απόσβεσης της δαπάνης μόνωσης είναι: Η εξοικονόμηση ενέργειας είναι: Παρατήρηση: Το σχετικά επίπονο αυτό έργο εκτίμησης του οικονομικού πάχους μονώσεων θερμικών εγκαταστάσεων, με μεγιστοποίηση του θερμικού κέρδους ή ελαχιστοποίηση του θερμικού κόστους, διευκολύνεται και απλουστεύεται σήμερα με τη χρήση ηλεκτρονικών υπολογιστών. ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 35 από 72

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 6 Ο 6. ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΣΗ ΣΤΑ ΚΤΗΡΙΑ 6.1. ΘΕΡΜΟΜΟΝΩΤΙΚΑ ΥΛΙΚΑ 6.1.1. ΓΕΝΙΚΑ Τα θερμομονωτικά υλικά καθορίζουν τη συμπεριφορά της κατασκευής από πλευράς φυσικής και οικονομίας και έχουν προορισμό να εμποδίσουν ή σωστότερα να καθυστερήσουν τη μετάδοση της θερμότητας από χώρο σε χώρο ή από χώρους κτιρίου στην ύπαιθρο. Η θερμομονωτική ικανότητα ενός υλικού, εκφράζεται από τη τιμή του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας λ. Σύμφωνα με τον «Κανονισμό δια την Θερμομόνωση Κτιρίων» (ΦΕΚ 362/4.7.79) η θερμική αγωγιμότητα ενός υλικού καθορίζεται από τη ποσότητα της θερμότητας που διαρρέει μια επιφάνεια που βρίσκεται σ ένα δοσμένο θερμοκρασιακό πεδίο, κάτω από την επίδραση της κάθετης προς την επιφάνεια αυτή, θερμοκρασιακής πτώσης. Η μετάδοση της θερμότητας στα δομικά υλικά γίνεται στο μεγαλύτερο ποσοστό με αγωγιμότητα. Γι αυτό και το πιο σημαντικό κριτήριο αξιολόγησης των θερμομονωτικών υλικών -που στο σύνολο τους έχουν μικρό φαινόμενο βάρος- είναι η τιμή του συντελεστή θερμοαγωγιμότητάς τους λ. Η τιμή αυτή καθορίζεται πρωταρχικά από τον αριθμό και το μέγεθος των κλειστών κυψελών που υπάρχουν στη μάζα του υλικού και που περιέχουν τον ακίνητο, με θερμομονωτικές ιδιότητες, αέρα. Σε μικρότερο βαθμό επηρεάζεται από τη χημική σύσταση του υλικού, τη θερμοκρασία και την υγρασία του. Αύξηση της θερμοκρασίας και της περιεχόμενης υγρασίας σημαίνει και αύξηση του συντελεστή θερμικής αγωγιμότητας, ανεπιθύμητη για ένα θερμομονωτικό υλικό. Ο συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας λ δίνει τη ποσότητα θερμότητας σε kcal ή W που ρέει σε σταθερή θερμική κατάσταση και σε διάστημα μιας ώρας, διαμέσου στρώσης υλικού επιφάνειας 1m2, όταν η θερμοκρασιακή πτώση κατά τη ΠΑΝΑΟΥΛΗΣ ΣΩΤΗΡΙΟΣ Σελίδα 36 από 72