パイプ断熱材

パイプ断熱材は、配管に使用される 断熱材または防音材です。

パイプが周囲温度より低い温度で稼働している場合、パイプの表面に水蒸気が凝縮する可能性があります。水分はさまざまな種類の腐食の原因となることが知られているため、配管での結露を防ぐことは通常重要だと考えられています。

パイプ断熱材は、断熱材の表面温度がパイプの表面温度と異なるため、結露の発生を防ぐことができます。(a) 断熱材の表面が空気の露点温度を超えており、(b) 断熱材に何らかの形の水蒸気バリアまたは遅延材が組み込まれていて、水蒸気が断熱材を通過してパイプの表面に形成されるのを防いでいる場合、結露は発生しません。

水道管の中には屋外や暖房のない場所に設置されているものもあり、周囲の温度が水の凝固点以下に下がることもあるため、配管内の水が凍結する可能性があります。水は凍結すると膨張し、この膨張によってさまざまな方法で配管システムが故障する可能性があります。

配管断熱材は配管内の滞留水の凍結を防ぐことはできませんが、凍結が発生するまでの時間を長くすることで、配管内の水が凍結するリスクを軽減することができます。このため、凍結の危険性がある配管には断熱材を使用することが推奨されており、地域の水道規制では、配管の凍結リスクを軽減するために配管に断熱材を使用することが義務付けられている場合があります。^{[1] [2]}

一定の長さの場合、小口径パイプは大口径パイプよりも水量が少ないため、小口径パイプ内の水は大口径パイプ内の水よりも凍結しやすく（そしてより早く）なります（同等の環境を想定）。小口径パイプは凍結のリスクが高いため、断熱材は通常、凍結防止の代替手段（トレース加熱ケーブルの調整、パイプ内の水の流れの一定性の確保など）と組み合わせて使用​​されます。

配管は周囲温度から大きく離れた温度で動作することがあり、配管からの熱流量は配管と周囲の空気との温度差に関係するため、配管からの熱流量はかなり大きくなる可能性があります。多くの場合、この熱流量は望ましくありません。配管断熱材を使用すると、熱抵抗が生じ、熱流量が減少します。

省エネのために使用される断熱パイプの厚さはさまざまですが、一般的なルールとして、より極端な温度で動作するパイプはより大きな熱流量を示し、より大きな節約の可能性のためにより厚い厚さが適用されます。^[3]

配管の位置も断熱材の厚さの選択に影響します。たとえば、状況によっては、断熱性の高い建物内の暖房配管に断熱材が必要ない場合があります。これは、「失われた」熱 (つまり、パイプから周囲の空気に流れる熱) が、構造断熱材によって効果的に閉じ込められるため、建物の暖房に「役立つ」と考えられるためです。 [ ^4] 逆に、そのような配管は、通過する部屋の過熱や不要な冷却を防ぐために断熱される場合があります。

配管が極端に高温または低温で稼働している場合、パイプの表面に人が物理的に接触すると、怪我をする可能性があります。人間の痛みの閾値はさまざまですが、いくつかの国際規格では推奨される接触温度の制限を定めています。

断熱材の表面温度はパイプ表面の温度とは異なり、通常は断熱材の表面の温度が「それほど極端ではない」ため、パイプ断熱材を使用して表面接触温度を安全な範囲に抑えることができます。

配管は、建物内のある部分から別の部分へ騒音を伝達する導管として機能することがあります(この典型的な例は、建物内に配管された廃水配管です)。防音材は、パイプが固定壁や床を通過する場所、およびパイプが機械的に固定されている場所では、パイプ壁を湿らせ、音響分離機能を実行すること で、この騒音伝達を防ぐことができます。

配管は機械的な騒音を放射することもあります。このような状況では、高密度の防音壁を組み込んだ防音対策によって配管壁からの騒音の放出を防ぐことができます。

特定の用途におけるさまざまなパイプ断熱材の相対的な性能は、多くの要因によって左右されます。主な要因は次のとおりです。

• 熱伝導率（「k」または「λ」値）
• 表面放射率（「ε」値）
• 水蒸気抵抗（「μ」値）
• 断熱材の厚さ
• 密度

水分含有量やジョイントの開き具合などの他の要因も、パイプ断熱材の全体的な性能に影響を与える可能性があります。これらの要因の多くは、国際規格 EN ISO 23993 に記載されています。^{[引用が必要]}

パイプ断熱材にはさまざまな種類がありますが、ほとんどの材料は次のいずれかのカテゴリに分類されます。

ロックウールやスラグウールなどのミネラルウールは、有機バインダーを使用して結合された無機鉱物繊維のストランドです。ミネラルウールは高温でも動作し、テストでは優れた耐火性能評価を示します。^[5]

ミネラルウールはあらゆる種類の配管に使用されていますが、特に高温で稼働する工業用配管に使用されています。^[6]

グラスウールはミネラルウールに似た高温繊維断熱材で、無機質のガラス繊維のストランドがバインダーを使用して結合されています。

他のミネラルウールと同様に、グラスウール断熱材は断熱や遮音の用途に使用できます。^[7]

これらは、 NBRまたはEPDM ゴムをベースとした、柔軟性のある独立気泡ゴムフォームです。柔軟性のあるエラストマーフォームは、水蒸気の通過に対して非常に高い耐性を示すため、通常は追加の水蒸気バリアは必要ありません。このような高い耐蒸気性とゴムの高い表面放射率を組み合わせることで、柔軟性のあるエラストマーフォームは、比較的薄い厚さでも表面結露の形成を防ぐことができます。

その結果、柔軟なエラストマーフォームは、冷蔵および空調配管に広く使用されています。柔軟なエラストマーフォームは、暖房および給湯システムにも使用されています。

硬質フェノール、PIR、またはPURフォーム断熱材で作られたパイプ断熱材は、一部の国では一般的です。硬質フォーム断熱材は音響性能が最小限ですが、熱伝導率が0.021 W /（m·K）以下と低いため、断熱材の厚さを減らしながら省エネ法に準拠することができます。^[8]

ポリエチレンは、家庭用給水管の凍結を防止し、家庭用暖房管からの熱損失を減らすために広く使用されている柔軟なプラスチック発泡断熱材です。

ポリエチレンの耐火性能は、通常、厚さ 1 インチまで 25/50 E84 に準拠しています。

100% ガラスは主に砂、石灰石、ソーダ灰から製造されます。セルラー断熱材は、小さな個々のセルが相互に連結または密閉されてセル構造を形成しています。ガラス、プラスチック、ゴムがベース材料となり、さまざまな発泡剤が使用されます。セルラー断熱材は、さらにオープンセル (セルが相互に連結) またはクローズドセル (セルが相互に密閉) に分類されることがよくあります。一般に、クローズドセル含有量が 90% を超える材料はクローズドセル材料と見なされます。

シリカエアロゲル断熱材は、市販されている断熱材の中で最も熱伝導率が低い断熱材です。現在エアロゲル パイプ セクションを製造しているメーカーはありませんが、エアロゲル ブランケットを配管に巻き付けて、パイプ断熱材として機能させることは可能です。

エアロゲルのパイプ断熱材としての使用は現在制限されています。

パイプ断熱材を通過する熱流は、ASTM C 680 ^[9]またはEN ISO 12241 ^[10]規格に定められた式に従って計算できます。熱流束は次の式で表されます。

${\displaystyle q={\frac {\Theta _{i}-\Theta _{a}}{R_{T}}}}$

どこ：

• ${\displaystyle \Theta_{i}}$パイプ内部の温度は
• ${\displaystyle \Theta_{a}}$外部の周囲温度であり、
• ${\displaystyle R_{T}}$すべての断熱層の総熱抵抗と内部表面および外部表面の熱伝達抵抗の合計です。

熱の流れを計算するには、まず断熱材の各層の 熱抵抗（「 R値」）を計算する必要があります。

パイプ断熱材の場合、R 値は断熱材の厚さや熱伝導率 (「k 値」) だけでなく、パイプの外径や平均材料温度によっても変わります。このため、パイプ断熱材の有効性を比較する際には熱伝導率の値を使用するのが一般的であり、パイプ断熱材のR 値は米国 FTC の R 値規則の対象ではありません (2007-12-31 にWayback Machineでアーカイブ済み)。

各断熱層の熱抵抗は次の式で計算されます。

${\displaystyle R={\frac {D_{x}\ln(D_{e}/D_{i})}{\lambda }}}$

どこ：

• ${\displaystyle D_{e}}$断熱材の外径を表します。
• ${\displaystyle D_{i}}$断熱材の内径を表します。
• ${\displaystyle \lambda}$平均断熱温度における熱伝導率（「k値」）を表します（正確な結果を得るには反復計算が必要です）。
• ${\displaystyle D_{x}}$熱損失計算が面積計算に使用するか、使用するかのいずれかです。${\displaystyle D_{e}}$${\displaystyle D_{e}}$${\displaystyle D_{i}}$${\displaystyle D_{i}}$

内側および外側の断熱表面の熱伝達抵抗の計算はより複雑で、内部および外部表面の熱伝達係数を計算する必要があります。これを計算するための式は経験的結果に基づいており、規格によって異なります (ASTM C 680 と EN ISO 12241 の両方に表面熱伝達係数を推定するための式が含まれています)。

北米断熱材製造業者協会や Firo Insulation などの多くの組織が、パイプ断熱材を通る熱の流れを計算できる無料プログラムを提供しています。

ウィキメディア・コモンズには、パイプカバーに関連するメディアがあります。

• 機械絶縁設計ガイド - 全米絶縁協会
• 断熱材別の R 値 - InspectAPedia