Izolační trubky a normy EN 10: Komplexní analýza kritérií pro tepelné izolace potrubí

V odborně zpracovaném článku analyzujeme směrné ukazatele koeficientů prostupu tepla "Uo" pro navrhování tepelných izolací potrubí podle vyhlášky č. 193/2007 a vyhlášky č. 151/2001. Na konkrétních příkladech hodnotíme význam těchto ukazatelů při projektování tepelných izolací v otopných soustavách a distribučních sítích.

Charakteristika tuhé izolační trubky EN 16

Světle šedá izolační trubka o velikosti EN 16 a délce 2 m je vyrobena z pevného plastu. Na jedné straně je opatřena hrdlem a má pevnost v tlaku 320 N/5 cm. Trubka se může používat při teplotách od -5 °C do +60 °C a je vhodná pro montáž na omítku. V případě potřeby lze izolační trubkou snadno protáhnout kabely nebo jednotlivé žíly. Její číslo výrobku je 4661799.

Kritéria pro návrh tepelné izolace potrubí dle české legislativy a EU

Vyhláška č. 151/2001 nám ukládá izolovat potrubí buď podle článku č.9 §6 přímo danou tloušťkou izolace, nebo podle článku 11 výpočtem s kritériem maximální ztráty tepla vztaženým na jednotku délky potrubí, konkrétně 0,35 W/m.K. Rádi bychom se v tomto článku zamysleli nad smysluplností tohoto kritéria.

Kritérium součinitele prostupu tepla "Uo", které musí podle vyhlášky č. 193 a podle doporučení EU tepelná izolace potrubí splnit, vyvolává u projektantů i řadu dalších otázek, na které se zde pokusíme odpovědět.

Problémy s kritériem "Uo"

Kritérium "Uo" je nešikovné i z jiného důvodu. Je totiž vztaženo jen k průměru potrubí, takže tloušťka izolace musí být stejná u všech potrubí stejného průměru, bez ohledu na to, jak teplá voda v trubkách proudí. Například trubka DN 100 v našem příkladu prostě musí mít tloušťku izolace cca 92,35 mm, i kdyby v ní proudila voda studená.

Čtěte také: Využití OSB desek s izolační výplní ve stavebnictví

Evropská kritéria "Uo" zobrazená v GRAFU 1 o skutečném významu tloušťky navržené izolace nevypovídají. Je z nich vidět snaha unifikovat kritéria do několika skupin pokrývajících výrobní řadu trubek a pro větší světlosti potrubí (s větší tepelnou ztrátou) povolit vyšší hodnoty součinitelů prostupu tepla "Uo", zatímco potrubí menších průměrů izolovat lépe, což je logické (viz TAB. 3). Samotné sjednocení kritérií ve smyslu shodné hodnoty "Uo" vždy pro skupinu potrubí s různou světlostí DN však nijak vhodné není a je spíše zdrojem nejasností mezi projektanty.

Anomálie spočívá v tom, že ve směru toku vody se například přívodní potrubí tepelné sítě zužuje, zatímco vnější průměr izolace se podle kritérií "Uo" v některých případech zvětšuje a v jiných zmenšuje. To je samozřejmě technický problém například při uložení potrubí na kluzných podpěrách, při provádění izolací atd.

Anomálie v tloušťkách izolací podle "Uo"

Tak například menší tloušťka izolace než u DN 32 (5/4") vyjde nejen u potrubí DN 40 (6/4"), ale dokonce i u potrubí DN 100, které materiálem s λiz = 0,04 "stačí izolovat" v tloušťce 55,82 mm, zatímco trubku 5/4" je nutné izolovat v tloušťce alespoň 61,07 mm.

Skutečnou anomálií ovšem je, že trubku 5/4" "musíme" izolovat v tloušťce 61,07 mm i v případě, že jí bude protékat voda teplá 20 °C, zatímco potrubí 108/4 "stačí" izolovat v tloušťce 55,82 mm, i když voda bude mít teplotu 100 °C a kritéria "Uo" bylo proto možné stanovit lépe.

Výpočet součinitelů přestupu tepla a tloušťky izolace

K výpočtu obou součinitelů přestupu tepla je však potřebné znát přesný pracovní průběh teplot "t1" a "t2" v každém úseku potrubní sítě, což umožňují pouze termohydraulické algoritmy, protože teplota "t1" představuje jak teplotu přívodní vody, tak i teplotu vratné vody, která na trase mezi tepelným zdrojem a spotřebiči tepla musí nabývat obrácených hodnot, tj. zatímco teplota přívodu od zdroje ke spotřebičům klesá, teplota zpátečky musí od zdroje ke spotřebičům stoupat, aby byla v tepelné síti udržena shodná střední teplota vody, potřebná pro účinnost regulačních procesů (viz průběh "tp" a "tz" v TAB. 3).

Čtěte také: Kročejová izolace a její použití

Evropské doporučení určovat součinitele α1 a α2 podle příslušných vztahů a podobnostních kritérií je tedy bez termohydraulického software nereálné, protože klasické algoritmy průběh teplot vody v TAB. 3 určit nedovedou. Jestliže se při proudění potrubím teplota vody "t1" vlivem ochlazení změní, nebude už výše provedený výpočet součinitelů α1 a α2 platit a nebude platit ani při změně průtoku ve stejném průměru potrubí.

Vztah (4) je vlastně Nusseltův vzorec, sestavený na základě Wamslerových pokusů, včetně složky sálání, a tento vzorec předpokládá, že povrchová teplota trubky se rovná teplotě vody, takže nemůže být úplně přesný, ale u izolovaných potrubí není vnější plocha trubky omývána chladným vzduchem, takže povrchová teplota trubky se teplotě vody blíží a radikální pokles teploty nastává až ve vrstvě izolace.

Součinitel přestupu tepla α1, závislý na rychlostech proudění vody v praxi, se pohybuje v hodnotách cca od 2000 při rychlosti 0,2 m.s-1 do 7500 při rychlosti 1 m.s-1, přičemž u menších průměrů potrubí jeho hodnota roste.

Vliv volby součinitelů α1 a α2 na tloušťku izolace

V TAB. 1a pro porovnání vlivu volby součinitelů α1 a α2 uvádím ještě znovu tloušťky izolací pro ocelové závitové trubky, s hodnotami α1 = 1000 α2 = 15, abych zdůraznil, že pro technický návrh izolace potrubí přesné výpočty součinitelů přestupu tepla nejsou potřebné, protože tloušťky izolací se vzájemně liší jen cca o 0,5 mm. A provedeme-li tentýž výpočet s hodnotami α1 = 1000 a α2 = 15, bude při splnění kritéria Uo = 0,18 činit tloušťka izolace 37,93 mm.

Porovnáním hodnot (v TAB. 1 a TAB. 1a) tedy zjistíme, že chyba není ve volených hodnotách α1 a α2, ale je v samotných doporučených kritériích "Uo", přičemž zjištěná anomálie není zdaleka jediná. Pro DN 32 (5/4") d = 35,9 mm D = 42,45 mm; tloušťka izol. Výpočtem zjistíme, že trubka DN 32 (5/4") skutečně splňuje kritérium Uo = 0,18 až při Diz = 0,16459 m, tj.

Čtěte také: Vlastnosti OSB desek v izolaci

V TAB. 4 jsou při rychlosti 0,5 m.s-1 pro zajímavost uvedeny vypočtené hodnoty součinitelů přestupu tepla, ukazující možnost jejich volby, bez významného vlivu na výsledky.

Ekonomické aspekty návrhu izolace

Domnívám se, že návrh izolací je otázkou ekonomickou a musí být proveden tak, aby vynaložené prostředky zajistily maximální omezení ztrát tepla celého systému. V současnosti používané kritérium dle vyhlášky č.151 k takovému návrhu rozhodně nesměřuje. Jsme v situaci, kdy vyhláška je závazná a kritérium návrhu pro malé dimenze potrubí nevhodné.

Naproti tomu u větších potrubí je dosažení 0,35 W/m.K velice nákladné, vzhledem k velké ploše válce (povrchu izolace).

Optimalizace tlouštěk izolací

Projektanti žádají údaje, podle kterých by se mohli orientovat v tloušťkách izolací splňujících zavedené kritérium "Uo", a proto je alespoň základní přehled uveden v TAB. 1; v TAB. 2 a v GRAFU 2.

Izolaci tedy postačí navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy na povrchu potrubí z 10 W/m2K na 7,431 W/m2K. Vyráběná nejmenší tloušťka je 6mm. Aktuální cena je cca 3,20 Kč na metr potrubí, ztráta tepla izolovaného potrubí je 15,2 W/m - tedy o 2,3 W/m v normě.

Izolaci je tedy nutné navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy na povrchu potrubí z 10 W/m2K na 1,0321 W/m2K. Vyráběná nejbližší tloušťka je 50mm.

Pokud použijeme oněch 69 Kč na izolaci potrubí o průměru 15mm, zaizolujeme tak 9,5 m potrubí PE izolací namísto 6mm tloušťkou izolace 13mm tloušťkou izolace, což představuje nárůst ceny jednoho metru izolace z 3,20Kč/m na 10,5Kč/m. Z předchozího srovnání vyplývá, že pouhým přesunutím investičních prostředků vložených do izolace jsme ušetřili na jediném metru nákladně izolovaného potrubí 37-7,4 = 29,6W.

Do průměru 28mm - Izolovat PE návleky tl. Pozn. K výpočtům jsem využil volný SW pro návrh izolací na portálu TZB-info, kde si může každý vypočtené hodnoty snadno ověřit.

Význam termohydraulicky vypočtených teplotních parametrů

Potřebu "větších tlouštěk izolací u menších průměrů potrubí" objasní průběh termohydraulicky vypočtených teplotních parametrů vody "tp" a "tz" v síti, uvedený v TAB. 3 jako školní příklad sítě izolované materiálem s λiz = 0,04, při přesném dodržení kritérií "Uo" (tj. s výpočtovými, nikoliv s výrobními tloušťkami izolace) a při jednotném uvažování α1 = 4000, α2 = 12.

TAB. 3 představuje síť záměrně zastoupenou všemi průměry potrubí až do DN 100, při rychlosti proudění vody w = 0,5 m.s-1, a ukazuje pokles teploty "tp" v koncovém bodě sítě, který je vlastně nejdůležitějším kritériem návrhu izolovaných potrubí v oboru vytápění, protože rozhoduje o účinnosti regulačních procesů a tím o úsporách tepla.

Například tepelná ztráta přívodního a vratného potrubí 108/4 činí 952,03 W, což je 0,3 % přenášeného tepelného výkonu.

Izolace by vlastně měla být taková, aby tento pokles byl minimální a až obor pokročí do úrovně TH na všech pracovištích EU, bude kritérium "tp" jistě jedním z nejdůležitějších.

Doufáme, že tento článek přispěje projektantům a provozovatelům sítí ke snadnému navrhování tepelných izolací bez obav z evropských předpisů a učiní návrh izolace snadným, bez zdlouhavých a v případě součinitelů přestupu tepla i zbytečných výpočtů. Při návrhu izolace potrubí lze použít tabulky TAB. 1, TAB. 2 a GRAF 2.

tags: #izolacni #trubka #tuha #en #10 #informace

Oblíbené příspěvky:

• Podrobný průvodce plastovou rohovou lištou 40
• Proč použít sanační omítky
• Jak vybrat opěrné zdi z okrasných tvárnic
• jak zateplit dům minerální vatou
• Jak na stěrkování s Ceresitem v chladu