Izolace potrubí studené vody: Prevence zamrzání, kondenzace a optimalizace tepelných ztrát

V současnosti je u novostaveb, ale i rekonstrukcí v podstatě povinná nejen izolace teplovodních vodovodních potrubí, ale i těch, kde proudí studená voda. Kvalitně izolované vodovodní potrubí přitom dokáže řádově snížit náklady ohřevu vody i tepelné ztráty. Správně zvolený materiál a tloušťka tepelné izolace potrubí vodovodních rozvodů dokáže snížit tepelné ztráty až o 70 %.

Vodovodním potrubím v obytných budovách se věnuje více norem, ale i 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.

Prevence zamrzání potrubí studené vody

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. se potrubí s elektrickým přídavným topením 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.

Pokud v potrubí studená voda nebude proudit, voda zamrzne v závislosti na tloušťce izolace a průměru potrubí.

Čtěte také: teplá a studená stavba ve včelařství, ocelářství a laminaci

Prevence kondenzace na potrubí studené vody

V případě rozvodu studené vody interiérem je nutné také provést kontrolu tloušťky izolace z hlediska povrchové kondenzace. Na potrubí studené vody je navíc riziko kondenzace vzdušné vlhkosti na povrchu potrubí. Teplota zde totiž může být nižší, než je teplota rosného bodu okolního vzduchu. Zvýší vlhkost vzduchu ve svém blízkém okolí.

Izolováním potrubí studené vody vedeného v budovách zabráníme kondenzátu na povrchu a vnikání vlhkosti do izolace a jeho transportu směrem k chladnému povrchu potrubí.

Rosný bod a jeho význam pro izolaci

Vzduch obsahuje určité množství vodní páry. Vlhkost vzduchu se rozlišuje na absolutní a relativní (rh). Absolutní vlhkost udává podíl vodních par v gramech vztažených na objem vzduchu. Relativní vlhkost je poměr nenasyceného a nasyceného vzduchu, také jako poměrná vlhkost. Relativní vlhkost 100 % znamená vzduch plně nasycený vodními parami. Vlhkost 0 % se vyskytuje velmi výjimečně a značí suchý vzduch zcela bez vlhkosti.

Teplotu, při které dojde k plnému nasycení vzduchu vodní parou a vysrážení kapek vody, lze snadno zjistit. Tato teplota se nazývá rosný bod. Rosný bod je teplota, při které je vzduch s daným množstvím vodních par obsažených ve vzduchu plně nasycen.

Teplotu rosného bodu je možné určit buď pomocí tabulek rosného bodu, výpočtem rosného bodu, nebo pomocí diagramu. K výpočtu rosného bodu existuje celá škála dostupných vztahů. Pro výpočet se zadá tlak nasycených vodních páry pd a teplota vzduchu [°C].

Čtěte také: Kvalitní spánek s PUR a HR pěnou

Pokud je povrchová teplota (v našem případě např. potrubí) nižší než rosný bod, bude se na povrchu potrubí tvořit kondenzát (srážet vlhkost), což může vést k promáčení stěn, podhledů, případně jiných stavebních konstrukcí a vybavení. Izolace pro zabránění povrchové kondenzace se dimenzuje na základě těchto dat.

Příklad zjištění rosného bodu pomocí diagramu:
Máme vzduch o teplotě 25 °C a relativní vlhkosti 50 %. Najdeme průsečík teploty 25 °C (horní osa) a křivky relativní vlhkosti 50 % (šedá). Z tohoto bodu se spustí svislá čára (zelená) na křivku nasycení (hnědá), která je zároveň křivkou relativní vlhkosti 100 % - tvoří spodní hranici diagramu. Na svislé ose vlevo se odečte teplota rosného bodu (červená), zde je to 14 °C. To znamená, že pokud bude teplota povrchu potrubí 14 °C nebo nižší, bude se na jeho povrchu tvořit kondenzát.

Tloušťka izolace: Výpočet a normy

Tloušťka izolace se navrhuje podle maximální tepelné ztráty na metr čtvereční nebo běžný, případně podle celkové ztráty celé potrubní větvě. 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.

Minimální tloušťku tepelné izolace je možné určit dvěma způsoby: jednodušším způsobem dle tabulky nebo optimalizačním výpočtem. Při nižších hodnotách součinitele tepelné vodivosti λ (u rozvodů menší nebo roven 0,045 W / m K při teplotě 0 °C), lze tloušťku izolace stanovit optimalizačním výpočtem. Program pro výpočet tepelných ztrát a určení optimální tloušťky izolace najdete na stránkách některých dodavatelů izolací.

Legislativní požadavky

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. Vyhláška Ministerstva průmyslu a obchodu ČR č. 193/2007 Sb. stanovuje minimální tloušťku tepelné izolace na potrubí vytápění a teplé vody. Izolace studené vody se posuzuje podle účelu použití vody. Norma ČSN 75 5409 Vnitřní vodovody [7] řeší izolace potrubí v závislosti na druhu potrubí a jeho umístění (viz tab. 3).

Čtěte také: Neviditelné spoje PVC metodou studeného svařování

Kritérium součinitele prostupu tepla "Uo", které musí podle vyhlášky č. 193 a podle doporučení EU tepelná izolace potrubí splnit, vyvolává u projektantů řadu otázek. 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.

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. To ví každý instalatér, ale i projektant, který se musí navzdory rozporuplným, respektive neúplným normám, zákonům a vyhláškám umět zařídit tak, aby vodovodní instalace dokázala bez problémů fungovat i 50 let. Bez ztrát na kvalitě, životnosti, bez tepelných ztrát, efektivně a hygienicky.

Nové vodovodní rozvody v novostavbách a při rekonstrukcích nevyhovujících a zastaralých instalací musí splňovat celou řadu různých přísných kritérií. Nejkvalitnější řešení, jakým je systém RAUTITAN od REHAU, splňuje nejen naše zákony, vyhlášky a standardizované evropské normy, ale i ty nejpřísnější - německé.

Tabulka minimálních tlouštěk izolace (příklad)

Tloušťky izolací se mohou lišit v závislosti na materiálu izolace, teplotě protékající látky a v malé míře i na průměru potrubí. Pro přibližné určení tloušťky izolace lze použít následující tabulku (hodnoty jsou pouze ilustrativní a vždy je nutné řídit se platnými normami a doporučeními výrobce):

Jmenovitá světlost potrubí DN Doporučená minimální tloušťka izolace (mm)
do 25 20
32 - 50 30
65 - 80 40
nad 100 50

Poznámka: Pro přesný návrh izolace je vždy nutné provést výpočet podle konkrétních podmínek a platných norem.

Výpočet tepelných ztrát a součinitelů

Tepelná ztráta potrubí kruhového průřezu je způsobena vedením tepla jednotlivými vrstvami potrubí a přestupem tepla do okolního prostředí. Součinitel tepelné vodivosti λ materiálu trubky je ve výpočtu uvažována jako konstanta, lambda materiálu tepelné izolace je vypočtena z rovnice teplotní závislosti daného materiálu a součinitele při teplotě 0 °C. Uvažovaná teplota, pro kterou je lambda vypočtena, je teplota uprostřed izolační vrstvy. Tato teplota je aritmetickým průměrem teploty média a teploty na povrchu izolace.

Z důvodu zjednodušení stačí, když výpočet probíhá pouze 2x. Při první iteraci je vypočtena povrchová teplota z lambdy při teplotě 0 °C a při druhém průběhu již výpočet uvažuje lambdu při teplotě uprostřed izolační vrstvy. Pokud není výrobcem tepelné izolace stanovena jiná teplotní závislost, uvažujeme teplotní závislost součinitele tepelné vodivosti jako λ(t) = λ0 (1 + 0.0025 . t). Zadáte-li vlastní součinitel tepelné vodivosti materiálu izolace, potom již nedochází k jeho přepočítání podle střední teploty a výpočet proběhne pouze jednou.

Součinitel přestupu tepla αi mezi médiem a vnitřním povrchem trubky se může při běžných výpočtech zanedbat, protože tepelný odpor při tomto přestupu tepla je relativně malý. Hodnota součinitele přestupu tepla αe mezi povrchem potrubí a okolního vzduchu se mění v závislosti na hustotě, tepelné vodivosti, měrné tepelné kapacitě okolního vzduchu, na typu proudění apod. Vzhledem k tomu, že se jedná o komplikovaný výpočet, můžeme pro přibližné výpočty tepelné ztráty potrubí uvažovat hodnotu cca 10 W / m2 K.

Evropské doporučení určovat součinitele α1 a α2 podle příslušných vztahů a podobnostních kritérií je 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.

Pro technický návrh izolace potrubí přesné výpočty součinitelů přestupu tepla nejsou potřebné, protože tloušťky izolací se vzájemně liší jen cca o 0,5 mm. 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.

Anomálie kritéria 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. 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. 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.

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

Materiály a montáž izolace

Při výběru a montáži izolace je důležité zohlednit několik faktorů:

  • Tepelněizolační vlastnosti: Jsou dány součinitelem tepelné vodivosti λ. Uzavřená struktura komůrek zajišťuje vysoký izolační potenciál.
  • Odolnost materiálu: Důležitá je teplotní odolnost (např. krátkodobá nasákavost (max.) uvedená v technických podkladech. Teplota provozní/teplota na straně fólie závisí na materiálu izolace.
  • Reakce na oheň: Klasifikace dle hořlavosti podle ČSN EN 13501-1 [4].
  • Montáž: Ovlivňuje rychlost práce a tím i produktivitu při montáži. Je ovlivněna výběrem správného materiálu a kvalitou montáže.
  • Ochrana proti difuzi vodní páry: Faktor difuzního odporu neplatí pro izolaci s kapilárně vodivou tkaninou.

Potrubí, uložené v ochranné trubce, musí být tepelně izolováno.

tags: #studena #voda #tloustka #izolace #výpočet #normy

Oblíbené příspěvky: