Předizolované potrubí s polyuretanovou pěnou v kovovém pouzdře: Řešení pro moderní rozvody tepla a chladu

Předizolované potrubí pro dálkové vytápění představuje hospodárné řešení pro rozvody tepla, chladu a dalších médií. Systém je vyráběn v souladu s kvalitativními požadavky norem ČSN EN 253, 448, 488 a 489. Tento článek se podrobněji zabývá různými typy předizolovaného potrubí, jejich konstrukcí, výhodami a aplikacemi, s důrazem na polyuretanovou pěnu v kovovém pouzdře.

Typy a konstrukce předizolovaného potrubí

Předizolované potrubí je navrženo tak, aby tvořilo kompaktní celek. Existují dva základní typy:

• Typ I: Médiavodná trubka, izolace a chránička tvoří kompaktní celek, který je při dilatačním pohybu omezován třením v pískovém loži.
• Typ II: Médiavodná trubka je kluzně uložena v izolaci z minerální vlny, která s polyuretanem a chráničkou tvoří jeden celek. Dilatační pohyb je nezbytné vykompenzovat použitím axiálních, případně kloubových kompenzátorů. Tento systém je čtyřvrstvý pro teplotní rozsahy od -200 °C až do +180 °C a od -200 °C až do +210, 240, 270 a 300 °C.

Potrubí pro dálkové vytápění PU je izolační trubka s pevným polyuretanovým pěnovým plastem jako jeho izolačním materiálem. Skládá se z vnitřních trubek z nosné oceli, střední tuhé izolační vrstvy z polyuretanové pěny a vnější ochranné vrstvy. Nosná trubka (vnitřní potrubí) může být bezešvá ocelová trubka, trubka LSAW a trubka SSAW. Materiály mohou být například API 5L Gr. B X42 X46 X52 X56 X60, ASTM A106 / 53 Gr. A / Gr. B / Gr. C, APL 5CT: J55, K55, N80, L80, C90, T95, P110, DIN 1629: St 37.0, St 44.0, St 52.0, DIN 17175: St35,8, St45,8, 17Mn4, 17Mn5, 15Mn5, 15Mo3, 13CrMo910, EN10240: S235JO, S235JR, S355JR, P265TR1, S355JRH.

Tuhá polyuretanová pěna se vstřikuje do dutiny mezi ocelovou trubkou a vnější vrstvou vysokotlakým pěnotvorným strojem. Polyuretanová pěna má dobré mechanické a adiabatické vlastnosti a vydrží vysokou teplotu až 120 ℃. Odolává 180 ℃ úpravou nebo kombinací s jinými tepelně izolačními materiály. Pro udržování chladu (-200 ℃ ∼ 120 ℃) se používá polyuretanová pěna; pro udržování tepla (120 ∼ 300 ℃) polyuretanová pěna + křemík (minerální vlna).

Prefabrikované černé nebo žluté polyethylenové plastové potrubí může chránit polyuretanovou izolační vrstvu před mechanickým poškozením, korozí a vodou. Materiálem může být HDPE PIPE (pro podzemní / nadzemní povrch) nebo plastová trubka vyztužená skleněnými vlákny.

Čtěte také: Detaily o vysokotlakých betonových trubkách

Standardy pro předizolované potrubí zahrnují:

• EN / DIN 253: Potrubí pro dálkové vytápění - Předizolované spojované potrubní systémy pro přímo zasypané sítě horké vody - Montáž potrubí z ocelového potrubí, polyuretanová tepelná izolace a vnější plášť z polyethylenu.
• EN 448: Potrubí pro dálkové vytápění - Předizolované spojované potrubní systémy pro přímo zasypané sítě na horkou vodu - Montážní sestavy z ocelových potrubí, polyuretanové tepelné izolace a vnějšího pláště z polyethylenu.
• EN 488: Potrubí pro dálkové vytápění - Předizolované lepené potrubní systémy pro přímo zasunuté rozvody teplé vody - Uzavírací ventily pro ocelová potrubí, polyuretanová tepelná izolace a vnější plášť z polyethylenu.
• EN 489: Potrubí pro dálkové vytápění - Předizolované lepené potrubní systémy pro přímo zasypané teplovodní sítě - Spojovací sestava pro ocelové potrubí, polyuretanová tepelná izolace a vnější plášť z polyethylenu.

Izolační vlastnosti vrstvy polyuretanové pěny (PUR) v předizolovaných ocelových potrubích se během provozu tepelných sítí postupně zhoršují. Oxid uhličitý a cyklopentan jsou postupně nahrazovány kyslíkem a dusíkem, což zvyšuje součinitel tepelné vodivosti pěny. Z hlediska tepelných ztrát je nejdůležitější izolační vrstva díky své tloušťce a nejnižšímu součiniteli tepelné vodivosti. Během provozu předizolovaných potrubí dochází k obousměrné difuzi plynů v důsledku rozdílu parciálních tlaků plynů v buňkách pěny a okolí. Tlak plynu v buňkách pěny se v důsledku výměny plynů snižuje.

Flexibilní plastové předizolované potrubí

Flexibilní plastový předizolovaný potrubní systém NRG flex spojuje všechny výhody vlastností plastu a jeho jednoduchého spojování lisovanými spoji nebo svařováním. Médionosná trubka potrubí NRG FibreFlex Pro je vyrobena ze síťovaného polyethylenu PE-Xa, se síťkou z aramidového vlákna a EVOH oranžovou kyslíkovou bariérou. Inovativní trubka pro médium PE-Xa se síťkou z aramidového vlákna a žlutou EVOH kyslíkovou bariérou zvládá zatížení až 95 °C a 10 bar. Médionosná trubka je tvořena propojeným polyethylenem PE-Xa s červenou EVOH kyslíkovou bariérou. Potrubí je izolované v polyuretanové pěně na bázi cyklopentanu, jejíž tepelná vodivost lambda dosahuje pouze 0,0210 W/mK. Vysoce účinná izolace z polyuretanové pěny na bázi cyklopentanu poskytuje vynikající hodnotu tepelné vodivosti pouze 0,0210 W/mK.

Díky menší tloušťce stěny trubky pro médium je v potrubí více izolace a tím má nižší tepelné ztráty než potrubí s běžnou PE-Xa trubkou pro médium. Kromě toho nižší tloušťka stěny činí toto potrubí výrazně flexibilnějším. Dimenze potrubí až do d160 umožňují realizaci i rozsáhlých systémů zásobování teplou vodou ve městech.

Jedná se o vysoce flexibilní, samokompenzovatelný systém, bez nutnosti kolínkování a dilatačních smyček, dodávaný v dimenzích od d25 do d160 v délkách až přes 200 m. Systém má široké využití od jednoduchých propojení až po velké celky s mnoha odbočkami a T-kusy. Je možné obejít již položené inženýrské sítě. Poloměry ohybu potrubí jsou díky skladbě izolací a vnějšího žebrování extrémně nízké a snadno jich lze na stavbě dosáhnout. Nízké tepelné ztráty, vysoká rychlost pokládky díky lisovacím tvarovkám, užší výkopy nebo pružnost trubek umožňující snáze se vyhnout překážkám či nasouvání potrubí - to jsou nesporné přednosti plastových předizolovaných trubek NRG FibreFlex a NRG FibreFlex Pro s inovativní aramidovou výztuží.

Čtěte také: Průvodce frézováním pro stavebníky

Vyšší teplota a tlak předurčují tyto plastové předizolované trubky pro širokou škálu aplikací. V porovnání se standardními trubkami ze zesítěného polyetylenu PE-Xa, které se používají již řadu let, lze tyto trubky používat pro rozvody tepla nebo horké vody s vyšší teplotou a tlakem. Potrubí NRG FibreFlex do 95 °C a 10 barů představuje ideální řešení pro renovaci a výstavbu teplovodních a cirkulačních potrubí. Menší tloušťka potrubí na médium výrazně zvyšuje flexibilitu potrubí. Vnitřní průměr trubek pro média NRG FibreFlex/ NRG FibreFlex Pro se však nemění a zachovává si vnitřní průměr PE-Xa (SDR11). Právě tloušťka potrubí na médium má rozhodující význam pro pružnost celého předizolovaného potrubí.

Tepelná vodivost plastových předizolovaných trubek izolovaných polyuretanem se pohybuje kolem 0,021 W/mK. Tato hodnota je o 15-25 % nižší než u ocelových předizolovaných trubek. Rozdíl spočívá ve složení samotného polyuretanu, který musí u ocelových trubek dlouhodobě odolávat teplotám až 150 °C. Ke snížení tepelných ztrát přispívá také použití dvojitého potrubí.

Kombinace vynikajících izolačních vlastností polyuretanové pěny (PUR), kterou jsou izolované PE-Xa trubky pro médium, spolu s vrstvou velmi flexibilní síťované polyethylenové izolace (XPE) a robustním žebrováním vnější chráničky dávají tomuto systému jedinečnou flexibilitu. Větší tloušťky izolace zaručují minimální tepelné ztráty a tím maximální hospodárnost realizovaných rozvodů tepla.

Difuzní bariéra a její význam

Negativní jev zhoršování izolačních vlastností lze eliminovat použitím difuzní bariéry v plášti potrubí a ve všech komponentech předizolovaných sítí. Společnost RADPOL S.A. nabízí kompletní předizolovaný potrubní systém s difuzní bariérou, který zahrnuje přímé trubky, T-kusy, kolena, izolace a předizolované tvarovky. Snížení tepelných ztrát systému difuzní bariéry se podařilo dosáhnout díky zavedení průmyslové výrobní metody pro ochranné pláště předizolovaných trubek s integrovanou difuzní bariérou EVOH. Kyslík může při pronikání do struktury předem izolovaných ocelových trubek působit jako agresivní plyn. V pórech polyuretanu se nachází cyklopentan a pro zajištění trvalých a neměnných izolačních vlastností je důležité, aby byl v izolaci zachován.

U technologie RADPOL je vrstva EVOH vložena do ochranného pláště. V technickém řešení jiných výrobců difuzní vrstva samozřejmě také plní svou úlohu, ale její umístění může výrazně zhoršit jeden z nejdůležitějších parametrů zatížení předizolovaného potrubního systému, tj. pevnost izolace ve smyku, zejména u větších průměrů trubek. To je dáno tím, že použití difuzní bariéry vylučuje obrábění, tzv. koronování vnitřního povrchu ochranného pláště. Pokud je mezi pěnou a pláštěm fólie, může to výrazně snížit přilnavost. EVOH je také velmi citlivý na vlhkost, a proto se postupně opotřebovává a poškozuje. Pokud je umístěn uvnitř pláště, je před touto vlhkostí chráněn. U těchto řešení difuzních bariér navíc může docházet k problémům při výrobě tvarovek.

Čtěte také: Technické normy pro izolaci trubek

Difuzní bariéra RADPOL udržuje součinitel tepelné vodivosti izolace lambda během provozu prakticky na stejné úrovni. Uzavřená difuzní bariéra z EVOH mezi dvěma vrstvami modifikovaného HDPE, která vylučuje riziko kontaktu s vlhkostí a chrání bariéru před možným mechanickým poškozením při výrobě a instalaci. Údaje ukazují, že míra přenosu plynu (GTR) přes EVOH je několitisíckrát nižší než přes HDPE. Pozitivní efekt difuzní bariéry byl potvrzen měřením součinitelů tepelné vodivosti PUR izolace λ₅₀. Podle literárních zdrojů během umělého stárnutí standardního potrubí DN50/125 se tento součinitel při systémech bez bariéry zvýšil v rozsahu od 4,3 do 14,4 % , zatímco při systémech s difuzní bariérou pouze v rozsahu od 0,36 do 4,23 %. Hodnoty součinitele λ₅₀ předizolovaných potrubí RADPOL PIPES se také nacházejí v uvedených mezích.

Distribuční tepelné sítě se navrhují na 30 let provozu. Proto je nárůst součinitele tepelné vodivosti v průběhu času klíčový z hlediska tepelných ztrát. Hodnoty součinitele λ₅₀ se měří akreditovanými laboratořemi podle EN 253; umělé stárnutí se provádí zahříváním potrubního systému při teplotě 90 °C po dobu 150 dnů. Při potrubích DN50/125 s izolací nafoukanou cyklopentanem je nárůst součinitele tepelné vodivosti po přirozeném stárnutí více než dvakrát vyšší než po umělém stárnutí. Tento model umožňuje odhadovat tepelné ztráty v následujících letech používání distribučních tepelných instalací. Při potrubích bez difuzní bariéry se podle něj poměr (λ₅₀ po 30 letech provozu/λ₅₀ nové izolace) mění v závislosti od průměru potrubí - od 9 % při DN450 až po 35 % při DN20. U potrubí s difuzní bariérou je tento poměr, bez ohledu na průměr trubek, konstantní, a po 30 letech dosahuje 4 %.

Příklad výrobní struktury předizolovaných systémů společnosti RADPOL PIPES je uveden v tabulce 4. Tepelné ztráty na tvarovkách a spojích se mohou průměrně zvýšit až o 15 % k délce sítě, proto je důležité použít difuzní bariéru i na tyto komponenty. Difuzní bariéra stabilizuje tepelněizolační vlastnosti pěny na téměř nezměněné úrovni po celou dobu provozu systému.

Životnost a provozní parametry

Na základě desítek studií můžeme říci, že u většiny projektů, kde porovnáváme návrh projektu s novými ocelovými předizolovanými trubkami s možností výstavby s plastovými ohebnými trubkami, se úspory pohybují minimálně kolem 30 % a často se blíží 50 %. Důležitý parametr je hlavně bezpečnostní koeficient, který je nyní jasně definován na 1,5 pro trvalé provozní teploty (při PE-Xa max. 80 °C) a následně na 1,3 a 1,0. Na základě tohoto dnes již zastaralého bezpečnostního koeficientu byla stanovena životnost potrubí s maximálním trvalým zatížením 80 °C při tlaku 7,6 baru na 25 let. Případně byla na základě toho uváděna minimální životnost 25 let pro trubky SDR11 při trvalém zatížení 50 °C/10,6 baru a při 60 °C/9,5 baru - z toho vyplývá přibližná minimální požadovaná životnost 50 let při trvalém zatížení 55 °C/10 barů. Potrubí SDR11 tak bylo použito jako plnohodnotná náhrada potrubí SDR 7,4 pro teplou vodu, jehož parametry v běžné praxi nepřekračují 55 °C a 10 barů.

Co se týče zatížení trubek a vlivu na jejich životnost, bývá u běžných trubek doporučená maximální trvalá teplota 80 °C. Takto se také sestavují teplotní profily. Při trvalé teplotě 80 °C dosahuje předpokládaná životnost 30 let. U trubek NRG FibreFlex Pro je to obdobné, do trvalé teploty 85 °C se počítá s životností 50 let. Se zvyšující se teplotou se snižuje předpokládaná životnost potrubí. Předpokládanou životnost potrubí lze vypočítat podle Minerova pravidla. Vždy, když se trubka používá při mezních teplotách kolem 95-100 °C, kontrolujeme teplotní profil a ekvitermní křivku.

V Evropě zatím neexistuje žádná závazná norma EN pro naše potrubí na médium. V současné době ji proto nahrazuje mezinárodní certifikace OFI ZG200-1 a OFI ZG200-2. Ofi je mezinárodně akreditovaná zkušební laboratoř a provádí zkoušky podle normy EN ISO/IEC 17025:2005. Certifikát rozděluje potrubí do tříd „třída A“ a „třída B“. Trubky NRG FibreFlex se zatížením do 95 °C/10 barů, které se používají především pro horkou vodu, splňují třídu A. Právě použití trubek NRG FibreFlex Pro umožňuje širší využití plastových flexibilních trubek a nahrazení ocelových předizolovaných trubek. Samozřejmě je vždy důležité znát provozní parametry tepelné sítě a na jejich základě zvolit vhodné řešení. Především je nutno se zaměřit na dlouhodobou bezpečnost potrubí. Potrubí NRG FibreFlex Pro umožňuje provoz při vyšších trvalých nebo ekvitermně řízených rozvodech. Při použití NRG FibreFlex Pro v tepelné síti vhodné i pro trubky PEXa se očekávaná životnost trubky prodlouží z 30 let na 50 let, což odpovídá prodloužení životnosti o 2/3 = 66 %.

Životnost trubek NRG FibreFlex Pro je 30 let při trvalém zatížení 90 °C, 20 let při 95 °C, 10 let při 100 °C a 5 let při 105 °C; ostatní teploty do 115 °C jsou považovány za výrazně krátkodobé.

V roce 2022 uvedeme na trh potrubí NRG KordFlex, které má maximální zatížení až 130 °C/16 bar. Tím se naše schopnosti opět posunou o 5-10 °C výše než u NRG FibreFlex Pro. Ano, od roku 2022 je standardně k dispozici flexibilní plastové předizolované potrubí NRG FibreFlex Pro se zesílenou izolací do maximální teploty 115 °C s alarmovým systémem. Jedná se o kompletní systém, který lze trvale monitorovat. Naše trubky na médium jsou vyrobeny ze známého a osvědčeného materiálu PE-Xa, jsou termoplasticky vyztužené a opletené a vyztužené aramidovými vlákny. Tím se z plastu odstraní tlak, což otevírá možnost provozovat potrubí při vyšším tlaku a částečně i při vyšších teplotách. Vzhledem k tomu, že většina sil působí na aramidové vlákno, působí materiál PE-Xa především jako vnitřní trubka přenášející vodu bez většího zatížení.

Použití a příklady z praxe

Předizolované potrubní systémy nabízí dokonalé řešení pro distribuci energie. Jsou určeny pro vnější rozvody vytápění, teplé vody, pitné a studené vody včetně chlazení. Urychlují montáž - systémy jsou dodávány až ve 100 metrových délkách, tzn. vytváří na trase pouze několik spojů ve srovnání s předizolovanými ocelovými trubkami, které je třeba svařovat každých 12 m. Přestože jsou tyto systémy především určeny pro instalaci do země, v případě potřeby je lze za vhodných podmínek použít jako standardní potrubní vedení. Díky izolační vrstvě pomůže vyřešit tok v místech, kde není možné z technických důvodů uložit potrubí do nezámrzné hloubky.

V České republice a na Slovensku jsme již položili kilometry potrubí NRG FibreFlex a NRG FibreFlex Pro (Dukovany, Bratislava, Trenčín, Cheb, Bílina). Jak naše následná měření, tak i zákazníci potvrzují kvalitu potrubí a dosažení slíbených úspor. Použití plastového potrubí namísto ocelového teplovodního potrubí vede ke snížení tepelných ztrát přibližně o 30 %, což při současném růstu cen primární energie zákazníci ocení ještě více než v minulosti.

Při větších dimenzích se tepelné sítě budují v hybridním provedení, kde jsou hlavní rozvody budovány z ocelových předizolovaných tyčí, které se doplňují efektivními plastovými předizolovanými potrubími. Využitím výhod obou systémů bude tepelná síť zabezpečena provozně i ekonomicky. Tato kombinace předizolovaných ocelových trubek a předizolovaných plastových trubek se nazývá hybridní řešení tepelné soustavy.

Potrubí v průmyslových zónách, které musí být vedeno ve venkovním prostředí, je třeba zabezpečit tak, aby odolávalo povětrnostním podmínkám po celý rok. Předizolované potrubí NRG UV PROTECT COLOR má plášť ze speciálně upraveného materiálu HDPE, jenž je odolný vůči UV záření ze slunečního světla, jakož i vůči mechanickému poškození, působení chemikálií a změnám teplot v průběhu roku. Velkou výhodou je také možnost zvolit si barvu tohoto předizolovaného systému NRG PROTECT COLOR tak, aby potrubí působilo esteticky nebo splynulo s okolím. RADPOL vyrábí kompletní systém předizolovaného potrubí v celém rozsahu průměrů až do DA 1 000 mm (spojky až do DA 710).

Příkladem využití je projekt Nový Ružinov v Bratislavě. Pro připojení na bratislavský rozvod tepla byly navrženy předizolované ocelové trubky NRG RADPOL s difuzní bariérou a signalizačním systémem. Tři předávací stanice tepla budou zajišťovat vytápění a přípravu teplé vody pro 7 obytných budov. Předávací stanice tepla budou napojeny na ocelové horkovody - rozvody z centrálního zdroje tepla. V rámci rychlejšího a efektivnějšího odstraňování poruch je také poplašný systém rozdělen do 3 okruhů, které mají měřicí místa ve výměníkových stanicích. Poplašný systém zaznamenává změny vlhkosti v potrubí, a je tak schopen identifikovat případné úniky a ukázat, na kterém místě došlo k poškození potrubí.

Finanční a ekologické aspekty

Výstavba teplovodu je projekt, v němž pro investora hrají klíčovou roli finanční a ekologické otázky. Pozornost je obvykle věnována zejména přímým nákladům, tj. nákladům na pořízení a instalaci součástí teplovodu. Je však třeba mít na paměti, že důležité jsou také budoucí náklady spojené s provozem sítě (údržba a opravy) a náklady na pokrytí tepelných ztrát. Díky difuzní bariéře RADPOL se výrazně snižují provozní náklady na teplovody.

Následující část představuje případovou studii bilance tepelných ztrát v rozvodné síti tepla. Výpočty byly provedeny pro dvě varianty - pro předizolované ocelové trubky bez a s difuzní bariérou. V druhém variantě se předpokládalo, že bariéra se nachází nejen v přímých potrubích, ale také ve všech tvarovkách a v spojích. Celková délka sítě byla 973,5 m. Kromě toho byly pro polský trh vypočítány náklady na ztracenou tepelnou energii a emise. Úspory za 30 let provozu činí 130 713 €, přičemž se předpokládá konstantní cena tepla. Uvedené hodnoty byly získány za předpokladu, že bariéra je použita ve všech částech tepelné instalace. V síťové struktuře použité pro výpočty tvořila délka přímých trubkových úseků přibližně 77 %. Ostatní prvky tvoří různé typy tvarovek, které jsou důležitými součástmi sítě.

Trvalý nárůst nákladů na výrobu tepla pozorovaný v posledních letech si vyžaduje zavádění pokročilých řešení, které snižují tepelné ztráty v systémech dálkového vytápění. Difuzní bariéra snižuje migraci nadouvaděl z izolační pěny, jakož i pronikání kyslíka a dusíka do buněk pěny.

tags: #trubky #predizolovane #polyuretanovou #penou #v #kovovem

Oblíbené příspěvky:

• Dlouhotrvající ochrana s Murexin
• Vše o hmoždinkách Fischer do dutých stěn
• Přečtěte si, jak Baumit Rohová Lišta Hliníková zajistí dokonalé rohy fasád
• Jímky a septiky v Táboře
• Vše o betonové stěrce do koupelny