Tepelné izolace potrubí rozvodů topení a vody tvoří nedílnou součást distribučních systémů vytápění nebo chladírenských zařízení. Při návrhu a rekonstrukci rozvodů teplé (studené) vody a vytápění je prvořadým úkolem minimalizovat spotřebu energie. Výběr správného izolačního materiálu a jeho vhodné uplatnění, včetně návrhu tloušťky izolace, nabývá zejména v posledních desetiletích na důležitosti úměrně s rostoucí náročností a vzácností energetických zdrojů. Tepelná izolace je primárně určena pro snížení intenzity tepelného toku. Mimo rozsáhlé uplatnění při izolování obvodového a střešního pláště budov může mít tato obecná vlastnost izolace různá praktická využití.
Izolace potrubí studené vody: prevence kondenzace a bakterií
Stejně jako potrubí s teplou vodou, tak i potrubí s vodou studenou se izoluje. Potrubí s teplou a studenou vodou se v budovách často vedou souběžně. Bez izolace by se voda v potrubí ochlazovala a studená naopak ohřívala. V praxi se izolace studené vody velmi často podceňuje. Hrozí zde i nežádoucí oteplování studené vody s následným možným výskytem bakterií. U potrubí studené vody je navíc riziko kondenzace vzdušné vlhkosti na povrchu potrubí. Proto je nutné izolovat potrubí studené vody vedené v budovách, aby se zabránilo kondenzaci vzdušné vlhkosti na jeho povrchu, zvýšení vlhkosti do izolace a jeho transportu směrem k chladnému povrchu potrubí.
Rosný bod a kondenzace
Kondenzace na takovém povrchu je jev nežádoucí, protože způsobuje odkapávání z oroseného povrchu. Stále kapající kondenzát je velmi vážným problémem, protože může narušit pracovní režimy, způsobit stavební vady, korozi, promáčení stěn, podhledů, případně jiných stavebních konstrukcí a vybavení. Vzduch obsahuje určité množství vodní páry. Vlhkost vzduchu se rozlišuje na absolutní a relativní (rh).
- Absolutní vlhkost je 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.
K plnému nasycení vzduchu vodní parou a vysrážení kapek vody pak dochází, když teplota povrchu (v našem případě např. potrubí) klesne pod teplotu rosného bodu. Rosný bod je teplota, při které se začne srážet přebytečná vodní pára. Lze ji zjistit pomocí diagramu vlhkosti vzduchu nebo pomocí celé škály dostupných vztahů. Zadáním okrajových podmínek lze vypočítat teplotu rosného bodu. Například při teplotě vzduchu 25 °C a relativní vlhkosti 50 % se teplota rosného bodu pohybuje kolem 14 °C. Bude-li teplota povrchu potrubí nižší než 14 °C, bude se na povrchu potrubí tvořit kondenzát (srážet vlhkost).
Izolace potrubí proti zamrznutí
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. Týká se to i případů vodovodních potrubí bez odběru, technologických rozvodů při odstávce, apod. Pokud v potrubí studená voda nebude proudit, voda zamrzne v závislosti na tloušťce izolace a průměru potrubí. V případě rozvodu studené vody interiérem je nutné také provést kontrolu tloušťky izolace z hlediska povrchové kondenzace.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Potrubí s elektrickým přídavným topením
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. Maximální 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, hrozí 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 tloušťku izolace, tím menší bude požadavek na výkon topné spirály.
Volba materiálu a tloušťka izolace
Vlhkost má obrovský vliv na životnost průmyslových zařízení a budov. Většina běžných tepelně-izolačních materiálů nebude v podmínkách s vysokou vlhkostí po čase fungovat tak, jak od nich bylo předem očekáváno nebo požadováno. Provozní, ale i výpočtová teplota ve vytápění se pohybuje do 90°C, proto se na izolaci velmi hodí novější lehké materiály z polyuretanů, polyetylen nebo kaučuků. V potrubích menších průměrů do jmenovité světlosti DN 100 se používají izolační hadice nebo tvarovky, na větší plochy zásobníkových ohřívačů a nádrží jsou vhodné velkoplošné pásy. Pro teploty nad 100°C jsou vhodné klasické minerálně vláknité materiály. Tyto izolace jsou objemnější a mají složitější a pracnější montáž povrchové úpravy. Uvedené tloušťky tepelné izolace se vztahují na hodnotu součinitele tepelné vodivosti λ = 0,035 W/m.K.
Důležité parametry izolačních materiálů:
- Tepelněizolační vlastnosti: Jsou dány součinitelem tepelné vodivosti λ. Uzavřená struktura komůrek zajišťuje vysoký izolační potenciál. (např. má 0,025 W·m-1·K-1).
- Faktor difuzního odporu: Zamezuje průniku vlhkosti do izolace a jeho transportu směrem k chladnému povrchu potrubí. Faktor difuzního odporu neplatí pro izolaci s kapilárně vodivou tkaninou.
- Reakce na oheň: Klasifikace dle hořlavosti podle ČSN EN 13501-1.
- Odolnost proti vlhkosti: Krátkodobá nasákavost.
- Teplotní odolnost: (např. teplota provozní/teplota na straně fólie (závisí na materiálu izolace).
- Ekonomická tloušťka izolace: Je vhodné při návrhu pracovat s ekonomicky optimální tloušťkou izolace. Větší tloušťka izolace snižuje tepelné ztráty, a s tím spojené výdaje. Důsledné hledání ekonomického minima musí respektovat i vlivy jako je hodnota peněz ve sledovaném časovém období, prognóza cenového vývoje, náročnost údržby izolace a její životnost.
Příklady izolačních materiálů
Polyfoam
Polyfoam je chemicky zesítěná polyetylénová pěna s uzavřenou buněčnou strukturou. Při provozu topných a chladicích armatur zajistí ideální izolaci v teplotním rozsahu od -40°C do +95°C. Vlivem uzavřené buněčné struktury je nasákavost hmoty vodou minimální a samostatná polyetylénová hmota není citlivá na vlhkost. Je odolná vůči louhům, kyselinám, olejům a neobsahuje zdraví škodlivé látky. Přestože má dostatečnou odolnost proti difuzi vodních par a přijatelnou hodnotu součinitele tepelné vodivosti λ, jako všechny nepolární plasty se polyethylen těžko lepí a spoje tohoto materiálu nezabraňují vnikání vodních par do izolace. Ani smršťování při měnících se teplotách nevyhovuje izolačnímu účelu.
Elastomery (syntetické kaučuky)
Pro použití při chladících potrubích a zařízeních jsou nejvhodnější elastomery (syntetické kaučuky). Elastomery mají vysoké hodnoty faktoru difúzního odporu a zároveň nízké hodnoty součinitele tepelné vodivosti λ. I v této skupině izolací jsou však v kvalitě materiálů značné rozdíly. Některé druhy elastomerů dosahují hodnoty μ až do 7 000 a hodnota λ je snížena až na 0,036 W/m.K při 0°C.
Pěnové sklo FOAMGLAS®
Izolace FOAMGLAS® je nepropustná pro vodu i vodní páru, a je proto spolehlivým a oblíbeným řešením. Díky své parotěsné buněčné struktuře je izolace FOAMGLAS® zcela odolná vůči vlhkosti a páře. Případné zatečení je snadno detekovatelné, protože voda se izolací nešíří. Stropy, stěny a podlahy, které jsou správně izolovány pěnovým sklem FOAMGLAS®, zcela znemožňují pronikání par z interiéru nebo z exteriéru. Tato izolace umožňuje vytvořit kompaktní plochou střechu se zcela vodotěsnou tepelně-izolační vrstvou, která nevyžaduje ani použití parotěsné zábrany. Pěnové sklo FOAMGLAS® poskytuje optimální a dlouhodobou izolaci a ochranu všem stavebním konstrukcím, které jsou ve styku se zeminou, podzemními konstrukcemi a místy se stálým tlakem spodní vody. Lze jej také použít pod základovými deskami jako nosnou tepelnou izolaci, čímž odpadá nutnost další hydroizolace proti vzlínající vlhkosti.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Termokeramický nátěr ClimateCoating IndustrySpecial
Termokeramický nátěr ClimateCoating IndustrySpecial je založen na funkci termokeramické membrány a dokáže snížit ztráty tepla, ke kterým dochází např. při transportu kapalin a plynů v potrubích nebo snižuje únik tepla v kovových konstrukcích. Díky nátěru ClimateCoating IndustrySpecial se sníží povrchová teplota potrubí (např. při transportu teplé vody) a dochází k nižším ztrátám - tím pádem se realizují okamžité úspory ve smyslu úspor nákladů (v tomto případě ohřev vody). Samotný termokeramický nátěr na dokonalou izolaci potrubí (a tím i na dosažení minimálních energetických nároků) samozřejmě nestačí a je třeba jej zkombinovat s vnější izolací. Kombinace termokeramické nátěru ClimateCoating IndustrySpecial a izolační pěny Polyfoam se jeví jako výborná možnost izolace.
Minimalizace tepelných ztrát
Tloušťku izolace počítáme podle kritéria maximální tepelné ztráty, s přihlédnutím k nežádoucímu oteplování nebo chladnutí teplonosné látky, zajištění funkčnosti technologických procesů v případech, kde je udržení předepsané teploty rozhodující podmínkou. 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.
Tepelné mosty
Tepelné mosty nastávají vždy tehdy, když kovové spoje s velmi dobrou tepelnou vodivostí prostupují izolací. Zejména v oblasti ochranného pláště izolace je třeba dbát na to, aby funkčně podmíněné prostupy neměly žádný přímý kontakt k plášti izolace, neboť jinak na těchto místech vznikají tepelné mosty a ty mohou vést ke ztrátě energie. Již jednoduché ovinutí hrdla izolační tkaninou tomu může spolehlivě zabránit. Stejně tak by neměly být u válcových plášťů používány žádné distanční držáky, neboť ty také působí jako tepelné mosty.
Izolace armatur
U parních kotlů se nachází na mnoha místech armatury, které jsou nezbytné k obsluze a údržbě zařízení. Z důvodů montáže a z nákladových důvodů nebo z důvodů různých rozhraní dodávek jsou často i u nových zařízení stále ještě izolace armatur nebo přechodových přírub vynechávány. Tyto nezaizolované oblasti však způsobují velmi vysokou ztrátu energie. Poměr tepelných ztrát potrubí na tepelné ztráty armatur s délkovým faktorem 1,6 pro izolované armatury a faktorem délky 2 pro neizolované armatury. Redukce tepelných ztrát izolací armatur činí při teplotě média 200 °C a armatuře s jmenovitou světlostí DN 100 zhruba 550 W. Při jmenovité světlosti DN 150 zhruba 1 060 W. Protože jsou v kompletním parním systému armatury třeba na mnoha místech, činí celkový potenciál izolací armatur systému páry a kondenzátu průměrně zhruba 1 až 2 % celkových ztrát.
Ochrana proti hluku a požáru
Ochrana proti hluku
Nádrže i potrubí, kterými protékají plyny, páry nebo kapaliny, představují často významný zdroj hluku. Příčinou mohou být vysoké rychlosti proudění přepravované teplonosné látky nebo vložené odpory (síta, mříže), které způsobují turbulence a tím pak vznik hluku. Potrubími mohou procházet zvuky z armatur nebo čerpadel, které se tak mohou přenášet až do vzdálených částí budov. Při projekci i realizaci je tedy důležité zajistit na všech prostupech potrubí stěnami nebo stropy utlumení šíření zvuku ve hmotě. Toho lze dosáhnout např. vyprojektováním dostatečně velkých prostupů, přičemž se volná část otvoru zvukotěsně uzavře. Dodržení směrných imisních hodnot provozního zařízení, vyžadované technickými předpisy na ochranu proti hluku, si může vynutit provedení protihlukových opatření. Potřebnou tepelnou izolaci lze v řadě případů spojit i se zlepšením akustických parametrů.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
Ochrana proti požáru
Při projektování a výstavbě i rekonstrukcích stavebních objektů se vyžaduje, aby tyto budovy plnily nejen užitné, ekonomické a estetické cíle, ale aby vyhovovaly též požadavkům hygienickým, bezpečnostním a protipožárním. Přitom se nejedná pouze o hořlavost použitých materiálů (klasifikace do třídy reakce na oheň podle ČSN EN 13 501-1), ale i celkové chování rozvodů procházejících požárně dělicími konstrukcemi. Celkové řešení požární bezpečnosti je velmi složité a podléhá řadě velmi přísných legislativních předpisů. Velmi důležitá úloha přitom připadá tepelným izolacím a detailům jejího provedení. Poslání izolací v těchto případech není v oblastech ekonomických efektů, ale výhradně v oblasti bezpečnosti a ochrany lidského zdraví.
Udržení technologické teploty
Kromě snižování tepelných ztrát je u technologických rozvodů nutný návrh takového typu a takové tloušťky izolace, aby byla udržena požadovaná teplota pracovní látky při transportu z jednoho místa technologického zařízení do druhého. Snížení tepelných ztrát potrubí dopravujícího tekutinu není v tomto případě předmětem ekonomického hlediska, ale podmínkou, na jejímž splnění závisí zásobování odlehlého místa produktem nebo nejčastěji vodou, u nichž má být zachována požadovaná kvalita závisející na teplotě. Změny teploty pracovní látky mohou být průběžné, přerušované (např. při nezbytnosti zajištění technologických odstávek nutných pro čištění) nebo cyklické, u kterých se prudce mění podmínky provozu. Proces, při kterém během několika minut dochází k cyklické změně z vysoké teploty na nízkou, vyžaduje izolaci, která má schopnost rychle měnit svou teplotu a má minimum hmoty pro držení tepla.
Problémy nestacionárních tepelných dějů řeší tepelné izolace u cisteren, nádob a nádrží, které mají dlouhodobě uchovávat látky, jejichž aktuální použitelnost je limitována teplotou. Jedná se např. o oleje, ropné nebo bituminézní produkty, které mohou být dopravovány či zpracovávány pouze tehdy, nestoupne-li jejich viskozita nad přípustnou míru. Také u vodních emulsí a potravin nesmí teplota při jejich skladování klesnout pod určitou mez.
Literatura
- [1] DUFKA, J.: Tepelné izolace potrubí v nevytápěných prostorech (část 1, 2). 2016, roč.: 50, č. 6, 7, s. 48-55; s. 42-49. ISSN 1244-0906.
- [2] ČSN 730540-3. Tepelná ochrana budov - Část 3: Návrhové hodnoty veličin. 2005-11. ČNI. Praha.
- [3] REINBERK, Z. Výpočet tloušťky izolace potrubí proti kondenzaci vodních par (online). (cit. 2021-03-04).
- [4] ČSN EN 13501-1. podle výsledků zkoušek reakce na oheň. 2019-9. ČAS. Praha.
- [5] Vyhláška č. 193/2007 Sb. ze dne 17. při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu. České republiky. 31. července 2007, částka 62, s. 2398.
- [6] TNI CEN/TR 16355. vodovodech pro rozvod vody určené k lidské spotřebě. 2013-4. ÚNMZ. Praha.
- [7] ČSN 75 5409. Vnitřní vodovody. 2013-2. ÚNMZ. Praha.
tags: #izolace #potrubi #pary #informace