Izolace rozvodů chladu: Zásadní pro efektivitu a životnost systémů

Izolace vodovodních rozvodů je klíčová pro zajištění kvality a efektivity celého systému. Kvalitně izolované vodovodní potrubí dokáže řádově snížit náklady na ohřev vody i tepelné ztráty. Správně zvolený materiál a tloušťka tepelné izolace potrubí vodovodních rozvodů dokáže snížit tepelné ztráty až o 70 %.

V současnosti je u novostaveb i rekonstrukcí v podstatě povinná nejen izolace teplovodních potrubí, ale i těch, kde proudí studená voda. Vodovodním potrubím v obytných budovách se věnuje více norem, zákonů a vyhlášek. Je to pochopitelné, protože pitná voda v domovním nebo bytovém vodovodním systému by měla mít stejnou kvalitu jako v okamžiku jejího dodání po vodoměr vodárenskou společností.

V příslušné legislativě se proto věnuje zvýšená pozornost nejen vlastnostem materiálů vodovodních potrubí a jejich spojovacích komponent, ale i jejich izolacím. Každý projektant, ale zřejmě ne každý zadavatel a realizátor ví, že ČSN a EN nejsou - na rozdíl od zákonů a vyhlášek - pro projektanty závazné, ale doporučené.

Význam a účel chladové izolace

Pod pojmem chladová izolace se rozumí tepelná izolace chladicích rozvodů, chladicích zařízení, chladíren a mrazíren. Do této skupiny patří i VZT potrubí, která slouží v zimě k nasávání čerstvého vzduchu z exteriéru do VZT jednotky v případě, že potrubí prochází vytápěnou místností.

Izolace pro zabránění povrchové kondenzace je nutná všude tam, kde je povrchová teplota potrubí (vzduchovodu, plochy) pod teplotou rosného bodu okolního vzduchu. Za těchto podmínek vodní pára z okolního vzduchu kondenzuje na chladném povrchu, což může způsobit okapávání kondenzátu z povrchu izolace. Stále kapající kondenzát je velmi vážným problémem, protože může narušit pracovní režimy, způsobit stavební chyby, korozi atd. Z tohoto důvodu je výběr druhu izolačního materiálu pro chladicí zařízení a výpočet jeho správné tloušťky důležitou prací projektanta.

Čtěte také: Vlastnosti dřevovláknité izolace – požární odolnost

Chladicí potrubí či zařízení je nutné izolovat minimálně tak, aby se zvýšila teplota na jeho vnějším povrchu nad teplotu rosného bodu okolního vzduchu. I při tomto stavu však stále dochází k prostupu vodní páry izolací směrem k chladnému povrchu. Chladová izolace by měla v co nejvyšší míře zamezit pronikání vodní páry do izolačního materiálu s následnou kondenzací na chladném potrubí. Bezpečný izolační systém musí být chráněn před nepřípustným provlhnutím.

Kromě zamezení kondenzace je dalším důležitým cílem chladové izolace minimalizace tepelných ztrát (u chladicích zařízení se brání přijímání energie z okolního prostředí). Na toto kritérium se často nebere ohled a při návrhu se dbá „jen“ o zamezení kondenzace na povrchu. To však znamená, že bude docházet k nežádoucímu oteplování teplonosné látky dopravované potrubím.

Účelem co největší tloušťky izolace tedy není bojovat proti plýtvání energií, ale zachovat akceschopnost celého chladicího zařízení.

Teplota rosného bodu a kondenzace

Vzduch, který nás obklopuje, se skládá z různých plynů, souhrnně označovaných jako suchý vzduch, a též z vodní páry. Tuto dvousložkovou směs potom označujeme jako vlhký vzduch. Směs s různým poměrem suchého vzduchu a vodní páry má různý parciální tlak (čím vyšší teplota a vyšší vlhkost vzduchu, tím vyšší parciální tlak). Schopnost vzduchu absorbovat vlhkost ve formě vodní páry je však omezená. Čím je vzduch teplejší, tím je schopen vstřebat více vody.

To v praxi znamená, že vzduch s určitou teplotou a určitým obsahem vodní páry se v blízkosti potrubí, které má povrchovou teplotu nižší, než je teplota okolního vzduchu, ochlazuje. Při ochlazování neklesá obsah přítomné vodní páry (měrná vlhkost x je konstantní). Ihned, když se dosáhne teploty, kdy je vzduch stoprocentně nasycen vodní párou, dojde ke kondenzaci. Tuto teplotu potom nazýváme teplota rosného bodu. Při dalším ochlazování vzduchu se už část vody nebude absorbovat ve formě vodní páry a stane se z ní kapalná voda.

Čtěte také: Kročejová izolace a její použití

Když dvě strany stěny vykazují různé teploty a relativní vlhkosti, je výsledkem rozdíl v tlaku vodních par. A protože tlaky se snaží vyrovnat, je tento tlakový rozdíl hnací silou pronikání molekul vodní páry přes stavební a izolační materiály. Difuze probíhá směrem z místa s vyšším parciálním tlakem na místo s nižším parciálním tlakem. U chladicích potrubí směřuje difuzní tok do izolovaného objektu. Klesne-li teplota procházející vodní páry pod teplotu rosného bodu, voda kondenzuje a vytváří v izolačním materiálu vlhkost, která zvyšuje tepelnou vodivost izolace.

Materiály pro izolaci chladu

Standardně se pro rozvody chladu používají izolace ze syntetického kaučuku, které mají uzavřenou pórovou strukturu a velmi dobře odolávají průniku vodní páry k chladnému povrchu potrubí. Tyto izolace však mohou být hořlavé.

Nehořlavá izolace HygroWick

Alternativou k hořlavým typům izolace je nehořlavá izolace HygroWick. Jde o vinutá potrubní izolační pouzdra, která se vyrábějí ze skelné vlny. Izolační pouzdro má tvar dutého podélně děleného válce vyrobeného z jednoho segmentu.

Izolační pouzdro HygroWick® má vnitřní vložku z hydrofilní tkaniny s velmi dobrými kapilárně vodivými vlastnostmi. Tkanina prochází drážkou a vyčnívá na vnější povrch izolace. Zkondenzovaná vodní pára je z povrchu potrubí absorbována tkaninou. Se vzrůstajícím množstvím absorbované vody se zaplní meziprostor tkaniny a kapilární vedení způsobí pohyb kondenzátu směrem k sušším oblastem tkaniny. Drážku v parozábraně, z které vyčnívá tkanina, lze považovat za mezeru v opláštění. Vodní pára však nemůže difundovat přes drážku, jakmile je tkanina nasycena vodou.

V počátečním období, když je tkanina suchá, dojde k difuzi vodní páry z okolního vzduchu směrem k chladnému potrubí. Je-li například v místnosti teplota 22 °C a relativní vlhkost 70 %, parciální tlak vodní páry je 1850 Pa. Pokud je teplota povrchu potrubí 5 °C, tlak vodní páry při nasycení je 870 Pa. Rozdíl tlaků bude 980 Pa směrem k potrubí. Po cca 2-3 dnech tkanina lehce zvlhne a parciální tlak vodní páry v drážce se zvýší max. na stav nasycení při okolní teplotě, který činí 2650 Pa. Dojde tedy k vysychání vyčnívající tkaniny do okolního vzduchu, kde je parciální tlak nižší. Vodní pára následně může do izolace difundovat pouze parozábranou a přes možné trhliny v opláštění, způsobené např. mechanickým poškozením.

Čtěte také: Informace o úpravě povrchu dřevovláknité izolace

Způsob instalace izolace HygroWick® je obdobný jako při izolování topenářských rozvodů izolačními pouzdry z minerální vlny. Rozdílem je to, že u vodorovných potrubí se umisťuje pouzdro do pozice s drážkou dolů (což je pozice o 180° otočená oproti běžným zvyklostem při izolování potrubí). V této poloze gravitace podpoří kapilární vedení a odpařovací plocha je navíc chráněna proti zvýšenému znečišťování prachem.

Kolena, příruby, ventily a další armatury musí být 100% omotány tkaninou. Tkanina by měla přesahovat minimálně 3 cm na navazující tkaninu izolačního pouzdra pro zajištění průběžné kapilární cesty s přilehlou izolací. Tloušťka izolace by měla být stejná jako u přilehlého rovného úseku. Spoj izolace armatury s izolací rovného úseku musí být přelepen hliníkovou páskou pro vytvoření těsnosti parozábrany.

Minerální vlna s parozábranou

Pokud je použita samostatná izolace z minerální vlny, musí být použita dokonale těsná parozábrana (hliníková fólie), protože izolace z minerální plsti je difuzně propustná. Parozábrana musí izolační vrstvu pevně obepnout. Přelepování spojů musí být provedeno tak, aby parozábrana plnila svou funkci. Také všechny spoje, konce a prostupy je nutné pořádně parotěsně přelepit. Před instalací opláštění je třeba chránit parozábranu na izolaci před poškozením, k němuž by mohlo dojít při sešroubování. Už z výpočtu uvedených opatření je zřejmé, že v praxi lze těsnost této vrstvy jen těžko zabezpečit. Proto se izolace z minerální vlny na chladicí rozvody může používat jen v kombinaci s kapilárně vodivou tkaninou - ve Skandinávii používanou izolací HygroWick.

Izolace s kapilárně vodivou tkaninou je jedinou možností, kdy se izolace z minerální vlny může použít na rozvod s povrchovou teplotou pod rosným bodem.

Syntetický kaučuk

U syntetických kaučuků (a dalších pěnových plastů s uzavřenou pórovou strukturou) se vlhkost v izolaci během životnosti shromažuje, proto narůstá tepelná vodivost. Výsledky jsou jednak rostoucí energetická ztráta, jednak také pokles povrchové teploty izolace, a tím zvýšené riziko vzniku kondenzace. Izolační systém ze syntetického kaučuku vyžaduje dokonalé slepení všech spojů nejen na rovných úsecích, ale i na všech armaturách, závěsech apod. Bohužel i na perfektně zhotoveném těsném izolačním systému se během užívání objeví netěsnosti (hlavně u průniků způsobených závěsy a konzolami), mezery ve spojích (dané dilatacemi potrubí) či mechanická poškození.

Kombinované izolace

V praxi se někdy používá kombinace minerální vlny a syntetických kaučuků. Pokud použijeme jako první vrstvu kaučuk a jako druhou vrstvu izolaci z minerálních vláken, můžeme snadno docílit efektu „vytáhnutí“ rosného bodu z kaučuku do minerální vaty. To způsobí kondenzaci vzdušné vlhkosti ve druhé vrstvě. Tento druh kombinovaných izolací nedoporučují výrobci kaučuků ani výrobci minerálních vláken, protože velmi závisí na správně provedeném výpočtu. Rosný bod musí být za každých okolností stále ve vrstvě syntetického kaučuku - potom tato kombinace bude fungovat tak dlouho, jak dlouho si kaučuk udrží své dobré tepelněizolační vlastnosti.

TECLIT systém

TECLIT je nehořlavý izolační materiál (třída reakce na oheň A2-s1, d0), který zaručuje plnou požární ochranu izolovaných rozvodů a požární bezpečnost budov. Pouzdro TECLIT PS chrání potrubí rozvodů před požárem. Tím se zásadně snižuje riziko šíření požáru technickými zařízeními budov. Systém TECLIT byl vyvinut speciálně pro izolaci rozvodů chladu. Tento systém lze bez problémů používat i při teplotách do 250 °C. Systém je vhodný také pro izolaci technických zařízení budov, u nichž dochází ke kolísání teplot (např. zařízení používaných v létě k chlazení a v zimě k vytápění).

Vícevrstvá hliníková fólie, vyztužená skelnými vlákny je navržena speciálně pro systém TECLIT. Tato fólie je ve srovnání s běžnými hliníkovými fóliemi mimořádně pevná. Je odolná proti poškození jak ve fázi výstavby, tak i během provozu. Instalace systému TECLIT je velmi snadná a téměř se neliší od montáže běžných izolačních pouzder ROCKWOOL. Společnost ROCKWOOL deklaruje stálost izolačních vlastností komponentů systému TECLIT za podmínky, že je izolace provedena podle doporučení výrobce a s použitím všech požadovaných komponentů systému.

Legislativní a normativní požadavky

Základní normou v oboru zdravotně technických instalací je národní norma ČSN 75 5409 Vnitřní vodovody. Norma navazuje na ČSN EN 806-1 až 5 a ČSN EN 1717 a řeší problematiku, která není v normách řešená dostatečně. ČSN 75 5409 doporučuje tepelně izolovat všechny potrubí studené pitné vody, kromě potrubí zásobujících pouze odběrná místa požární vody a potrubí uložených v ochranných trubkách.

V problematice izolací se musíme dále řídit platnou vyhláškou č. 193/2007 Sb., která předepisuje izolovat všechna potrubí teplé vody. Tato vyhláška navazuje na zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií. Protože se jedná o legislativu úspor energií, není zde problematika izolování rozvodů řešena komplexně, ale je řešena pouze část, která ovlivňuje spotřebu energie, tedy rozvody teplé vody a cirkulace.

V roce 2013 byla zavedena technická normalizační informace (TNI) CEN/TR 16355 (TNI), která poskytuje informace a doporučení pro prevenci proti zvyšování koncentrace Legionell ve vnitřních vodovodech pro rozvod vody určené k lidské spotřebě v souladu se sérií norem EN 806. Tato (TNI) by měla být aplikována v souladu s národními předpisy, což je vyhláška 252/2004 Sb. Tepelné ztráty izolovaného potrubí je možné stanovit podle ČSN 75 5455.

Montáž potrubí vnitřního vodovodu podle ČSN EN 806-4

Povrchy potrubí se nesmí dotýkat stavebních konstrukcí. Vzájemná vzdálenost volně vedených potrubí a vzdálenost volně vedených potrubí od stěn, stropů a jiných konstrukcí musí být taková, aby se izolace potrubí nedotýkala souběžných potrubí a jejich izolací, stěn, stropů a jiných konstrukcí, které neslouží k upevnění potrubí. Souběžná potrubí mají být vedena ve vzájemné vzdálenosti dle TNI CEN/TR 16355 (Doporučení pro prevenci zvyšování koncentrace bakterií rodu Legionella ve vnitřních vodovodech pro rozvod vody určené k lidské spotřebě).

Potrubí studené vody

Potrubí studené vody se izoluje proti tepelným ziskům a zabránění kondenzace na vnějším povrchu. Potrubí studené pitné vody, kromě potrubí zásobující pouze odběrná místa požární vody a potrubí uloženého v ochranné trubce, musí být tepelně izolováno. Izolují se trubky, tvarovky, případně i armatury. Nástěnné tvarovky izolovány být nemusí.

Minimální tloušťka tepelné izolace

Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu ČR č. 193/2007 Sb. stanovuje minimální tloušťku tepelné izolace na potrubí vytápění a teplé vody. Nejvyšší účinnost tepelné izolace se projevuje u potrubí s malými průměry se jmenovitou světlostí do DN 50. Snížení tepelných ztrát při takových průměrech trubek představuje 65-70 %, dosažených už při prvních 10 milimetrech tloušťky izolace.

Tloušťka tepelné izolace u vnitřních rozvodů do DN 20 se volí ≥ 20 mm; u DN 20 až DN 35 se volí ≥ 30 mm; u DN 40 až DN 100 se volí ≥ DN; nad DN 100 se volí ≥ 100 mm. U vnitřních rozvodů plastových a měděných potrubí se tloušťka tepelné izolace volí podle vnějšího průměru potrubí nejbližšího vnějšímu průměru potrubí řady DN. Pro potrubí vedené ve zdi, při průchodu potrubí stropem, křížení potrubí, ve spojovacích místech, u centrálního rozdělovače a u přípojek k otopným tělesům, které nejsou delší než 8 m, se volí poloviční tloušťka tepelné izolace.

Při nižších hodnotách součinitele tepelné vodivosti λ, než je uvedeno, se minimální tloušťka tepelné izolace (de - d)/2 stanoví výpočtem tak, aby součinitel prostupu tepla vztažený na jednotku délky potrubí k byl menší nebo roven 0,35 W/m.K. Výpočet se provede podle vztahu uvedeného v příloze č.3 vyhlášky.

Dopad vlhkosti na izolaci

Podstatou tepelněizolačních látek je uzavření plynu (nejčastěji vzduchu) do malých prostorů - pórů - nebo vytvoření takové prostorové struktury, která uzavírá velký objem plynu (vzduchu), nedovoluje však přitom jeho pohyb - zamezuje proudění uvnitř struktury izolace. Pevná substance může mít formu více či méně uzavřených pórů (například u polystyrenu) nebo formu sypkého (například u perlitu) či vláknitého prostředí (u minerálněvláknitých izolací).

Tepelněizolační látky se často využívají v prostředí, kde může souhra parciálních tlaků, resp. relativní vlhkosti vzduchu a povrchových napětí přítomných látek, vyvolat místní kondenzaci vody. Vzhledem k tomu, že tepelná vodivost vody je λ_vody = 0,6 W/(m . K) (což je pětadvacetkrát větší hodnota než tepelná vodivost suchého nehybného vzduchu) a že při její případné přeměně na led (u chladírenských zařízení) se dále zvětšuje na λ_ledu = 2,3 W/(m . K), dochází k výraznému ovlivnění tepelné vodivosti látky v porovnání s jejím suchým stavem. Obecně se uvádí, že 1 % zvýšení vlhkosti znamená navýšení tepelné vodivosti o 4 až 6 %. Z těchto důvodů je tedy pro zachování správné a trvalé funkce izolace nevyhnutelné předejít jejímu možnému navlhnutí.

Faktory ovlivňující návrh izolace

S narůstající teplotou narůstá i tepelná vodivost izolace λ, která se do výpočtu dosazuje v závislosti na střední teplotě. Jde o aritmetický průměr z povrchové teploty potrubí (u ocelového potrubí bude v podstatě roven teplotě látky) a povrchové teploty izolace. V praxi se vyskytuje případ, že se výpočet provádí s teplotou okolního vzduchu, ne s povrchovou teplotou izolace.

U okolního vzduchu nelze stanovit teplotu tak jednoznačně jako teplotu teplonosné látky. Pro návrh zařízení v exteriéru slouží místní klimatická data založená na ročních průměrech, případně ročních extrémech. V případě vnitřních prostor se vychází z návrhových teplot (je-li budova vybavena vzduchotechnikou) nebo je třeba provést odhad těchto vnitřních teplot. Při návrhu z hlediska zamezení kondenzace se volí kombinace nejvyšší teploty vzduchu a nejvyšší relativní vlhkosti, která se může vyskytnout v prostoru.

Relativní vlhkost představuje poměr absolutní vlhkosti vzduchu c (g/m³) a absolutní vlhkosti při nasycení cs (případně představuje poměr parciálního tlaku vodní páry pd (Pa) a parciálního tlaku vodní páry při nasycení p“d). Vliv relativní vlhkosti se při návrhu tloušťky izolace potřebné k zabránění kondenzace často podceňuje. Čím je vyšší vlhkost, tím větší musí být tloušťka izolace, pokud všechny ostatní podmínky zůstanou beze změny. Například při teplotě teplonosné látky 6 °C, teplotě okolního vzduchu 26 °C a relativní vlhkosti 60 % by se na potrubí musela použít tloušťka izolace 7 mm, aby se zabránilo kondenzaci na vnějším povrchu. Pokud by se vlhkost zvýšila o 30 %, bylo by nezbytné tloušťku izolace zvýšit na 55 mm. Parametr relativní vlhkosti má na tloušťku izolace obrovský vliv. Často ho však nelze určit tak snadno jako jiné parametry, například teplotu chladicí látky nebo tepelnou vodivost izolačního materiálu. Proto je velmi důležité získat podrobné informace o místě, na němž se má potrubní systém používat, aby se dala co nejreálněji posoudit budoucí situace.

Proudění významně přispívá ke zvýšení součinitele prostupu tepla. Čím rychleji proudí okolní vzduch, tím více tepla se přenese a tím menší riziko kondenzace hrozí. V praxi je proto nutné zabezpečit dostatečné odstupové vzdálenosti potrubí mezi sebou a potrubí od stěny (min. 100 mm). Pokud nebudou dodrženy, izolace se jednak náročně instaluje a jednak hrozí nebezpečí vytvoření zóny s téměř nulovým prouděním.

Povrch s vysokou emisivitou (kaučuk bez opláštění) pohlcuje mnohem více tepelné energie než povrch s nízkou emisivitou (hliníková fólie). S narůstající emisivitou tedy dochází ke zvýšení povrchové teploty izolace, což znamená, že klesá nezbytná tloušťka izolace na zabránění povrchové kondenzace. U běžných relativních vlhkostí do 60 % je vliv emisivity téměř zanedbatelný.

Prevence zamrznutí a doplňkové systémy

Pokud je nebezpečí, že teplota vody ve vodovodních potrubích klesne pod 0 °C, je nutné zajistit prevenci proti zamrznutí. Krátkodobě může zamrznutí zabránit izolace potrubí. Samotná izolace však zamrznutí nezabrání, jen jej oddálí. Podzemní rozvody je nutné izolovat, pokud neleží v nezámrzné hloubce. V případech vodovodních potrubí bez odběru, technologických rozvodů při odstávce, apod. je třeba zvážit dodatečná opatření.

Potrubí s elektrickým přídavným topením se musí nejprve obalit hliníkovou fólií, aby se teplo od topného drátu rovnoměrně dostávalo k potrubí. Pak se montuje izolace, nejlépe dvouvrstevně, aby se eliminovaly tepelné mosty vlivem spár. Pro plastové potrubí se doporučují samoregulační dvoužilové topné kabely do teploty 65 °C, které se regulují podle teploty povrchu potrubí. Max. teplota topného kabelu musí být dodržena, aby nedošlo k mechanickému poškození potrubí (z toho důvodu nesmí být použit odporový topný kabel či samoregulační topný kabel pro teploty vyšší než 65 °C => nebezpečí měknutí potrubí způsobené příliš vysokou povrchovou teplotou kabelu).

Potrubí se většinou ošetřuje topným kabelem přiloženým podélně. Pokud jsou výkonové nároky vyšší, použijí se dva a více paralelně vedené kabely podél potrubí. Tloušťka izolace se navrhuje podle maximální tepelné ztráty na metr čtvereční nebo běžný, případně podle celkové ztráty celé potrubní větve. Je na projektantovi, aby podle teploty vody, rychlosti proudění, délky potrubí, okrajových podmínek vně potrubí a výkonu topné smyčky, navrhnul minimální nutnou tloušťku izolace. Čím větší použijete tloušťka izolace, tím menší bude požadavek na výkon topné spirály. Pokud v potrubí studená voda nebude proudit, voda zamrzne v závislosti na tloušťce izolace a průměru potrubí.

Chyby v izolaci a jejich důsledky

Chyby v izolaci se projevují v různé míře v závislosti na typu a vlastnostech izolace, na materiálu tvarovek a armatur a tloušťce jejich stěn. Při volbě izolace s tenkou stěnou nebo se špatnými vlastnostmi dochází k tomu, že izolace nemá požadované vlastnosti a trvanlivost už v počátečních hodnotách, např. používání plstěných pásů, které jsou napadány škůdci nebo používání izolací bez uzavřené buňkové struktury ve vlhkém prostředí nebo na studenou vodu. Neizolování tvarovek a armatur má podobné důsledky.

Špatné koncepční řešení potrubí, například umístění potrubí studené a teplé vody včetně cirkulace do jednoho žlabu v bezprostřední blízkosti bez dostatečného prostoru pro izolace, má rovněž negativní dopad na účinnost a životnost celého systému.

tags: #izolace #na #rozvody #chladu

Oblíbené příspěvky:

• Technická památka Vendryně
• Plastová vlákna: Vše, co potřebujete vědět
• Stolové desky s litou polyuretanovou PUR hranou
• Více o zábraně Lindam s posuvnou lištou
• Jak vybrat odolné fasádní obklady v Baumaxu