Tepelná izolace potrubí je oblast, která je v praxi velmi často podceňována. Účelem tepelné izolace je vždy potlačení intenzity tepelného toku. U rozvodů studené vody a chlazení má izolace účel hlavně zamezení kondenzace na vnějším povrchu potrubí a hrozí i nežádoucí oteplování studené vody s následným možným výskytem bakterií. Pro projektování jsou hodnoceny zejména technické vlastnosti jednotlivých materiálů, ale i bezpečnostní požadavky, jako například nezávadnost materiálu. Dále jsou kladené požadavky na izolaci různé. Mezi nejdůležitější patří použitelnost v praktických provozních podmínkách.
Kaučukové izolace
Kaučukové izolace jsou všestranné, moderní a vysoce účinné izolační materiály, které se využívají v široké škále aplikací. Pro tepelnou izolaci trubek se používá napěněný syntetický kaučuk, označovaný jako elastomerní pěna (flexible elastomeric foam, FEF). Syntetický kaučuk je hořlavý, s reakcí na oheň B nebo C. Provozní teplota je od -40 °C do +110 °C. Standardně se vyrábí v šedočerné barvě, ale jsou dostupné i speciální typy kaučuků v jiných barvách - modré, zelené.
Klíčové vlastnosti kaučukových izolací:
- Dlouhá životnost: Odolné vůči stárnutí a mechanickému poškození. Kaučukové izolace si udržují své izolační vlastnosti po celou dobu životnosti.
- Parotěsnost: Vysoký součinitel odporu difuze vodních par (μ ≥ 10000) zajišťuje, že materiál efektivně brání pronikání vlhkosti, což je klíčové pro zachování jeho izolačních vlastností. Tato vlastnost kaučukové izolace je klíčová především pro chladové aplikace a aplikace s velkým rozdílem vnitřních a vnějších teplot při vysoké relativní vlhkosti.
- Akustická izolace: Již běžné tepelné kaučukové izolace nabízejí základní akustický útlum. Pro specifické požadavky na hlukový útlum nabízí kaučukové izolace speciálně navržené sendvičové materiály se zvýšeným akustickým útlumem.
- Nízká tepelná vodivost: Umožňují dosažení vysokého izolačního účinku při menší tloušťce izolace.
- Snadná instalace: Flexibilní materiál umožňuje jednoduché tvarování a montáž. Materiály se flexibilně přizpůsobí různě tvarovaným povrchům.
- Široká škála produktů: K dispozici jsou různé tloušťky, rozměry a typy izolace pro různé aplikace.
Kaučukové izolace se vyrábějí jako trubice o tloušťce stěny 6 až 32 mm a v deskách. Mohou být opatřeny hliníkovou fólií nebo oplechovány. Lze je použít pro chladicí a klimatizační techniku a pro použití do míst, kde je zvýšený požadavek na hygienu prostředí, například ve zdravotnictví. Pro dosažení 100% parotěsnosti je potřeba zajistit parotěsný spoj, který je u kaučukových izolací spolehlivě slepitelný. Při montáži izolace je nutné dávat pozor, aby nevznikly mezery mezi trubkou a vnitřní stěnou izolace, případně aby se izolační trubice neroztrhla. Menší průměr izolační trubice může způsobit její roztržení a vytvoření mezery po celé délce potrubí, která bude fungovat jako komín, kde zkondenzuje vlhkost, bude se akumulovat a volně odkapávat na povrch.
Srovnání s jinými izolačními materiály
Kromě syntetického kaučuku se pro izolaci potrubí používají i jiné materiály, jako je pěnový PE, kamenná vlna a plsť. Všechny uvedené materiály se vyrábí v různém provedení.
Pěnový PE (polyetylen)
Pro tepelnou izolaci trubek se často používají termoizolační trubice z pěnového PE pod obchodními názvy Tubex, Izofom, Tubolit, Mirelon apod. Tyto trubice se vyrábí v délkách 2 m a jsou dostupné v provedení s podélným nářezem. Tloušťky izolace jsou 6, 9, 13, 20, 25 mm a vnitřní průměry od 6 do 134 mm. Barva je šedočerná. Materiál se snadno zpracovává, lepí a je recyklovatelný. Mohou být opatřeny HDPE fólií, pokovené nebo s hliníkovou fólií. Pěnový PE má tu nevýhodu, že jako termoplast se těžko lepí a smrští se asi o 2 %, což způsobuje potrhání izolace či slepeného spoje, a proto funkčnost parotěsného izolačního systému není možné zaručit.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Kamenná vlna
Kamenná vlna je materiál, který nemá uzavřenou buněčnou strukturu, ale otevřenou vláknitou strukturu. Proto musí být doplněna o parozábranu (hliníkový polep). Spoje izolačních pouzder musí být přelepeny hliníkovou páskou. Garantovat 100% těsnost parozábrany po celou životnost izolace je prakticky nemožné, například z důvodu mechanického poškození stavebními pracemi anebo potom při provozu a/nebo údržbě. Je to vhodný materiál pro prostory s nízkou relativní vlhkostí. Tloušťka izolace může být od 20 do 100 mm. Výrobci dodávají na objednávku i větší izolační pouzdra. V poslední době se objevily i inovativní typy izolace z kamenné vlny, které jsou opatřeny tkaninou a z vnější strany hliníkovým polepem. Tato tkanina, procházející drážkou a vyčnívající na vnější povrch izolace, odvádí případnou kondenzovanou vlhkost směrem k sušším oblastem, odkud se může odpařit do okolního vzduchu. To vede k eliminaci usazování vlhkosti uvnitř izolace a zajišťuje konstantní tepelnou vodivost v průběhu životnosti. Spoje jednotlivých izolačních pouzder není třeba lepit lepidlem. Tato izolace je vhodná pro rozvody studené vody, chlazení i duální rozvody a její výhodou oproti ostatním typům chladových izolací je nehořlavost (reakce na oheň A2L-s1, d0).
Plsť
Plsť je jeden z nejstarších tepelněizolačních materiálů. Dříve ho hojně používali instalatéři a izolatéři, protože ve své době to byl pro tyto účely jediný dostupný izolant. Dnes je tento materiál dávno technicky překonaný. Plsť je materiál, který má otevřenou pórovou strukturu, podobně jako kamenná vlna, a proto hrozí, že mohl navlhnout. Navíc je to vhodný materiál pro přebývání různých malých brouků nebo drobného hmyzu. Materiál tvoří 100% vlna zpracovaná do pásu o šířce 70 mm. Používá se pro tepelnou izolaci potrubí při teplotě od 0 °C do +80 °C. Dodává se v rolích po 10 metrech. Pro izolaci trubky se používají dvě vrstvy pásu na sobě. Pro dlouhodobou funkčnost je nutné, aby plsť po instalaci nevyschla a neuvolnila se z trubky a nerozvinula.
Evropská kritéria "Uo" a návrh tepelných izolací
Recenzent: Ing. V odborně zpracovaném článku autor analyzuje směrné ukazatele koeficientů prostupu tepla "Uo" pro navrhování tepelných izolací potrubí podle vyhlášky č. 193/2007. Na konkrétních příkladech hodnotí význam těchto ukazatelů při projektování tepelných izolací v otopných soustavách a distribučních sítích. 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. Projektanti žádají údaje, podle kterých by se mohli orientovat v tloušťkách izolací splňujících zavedené kritérium "Uo".
Analýza kritérií "Uo"
Porovnáním hodnot tlouštěk izolací pro ocelové závitové trubky s různými hodnotami součinitelů přestupu tepla α1 a α2, zjistíme, 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. 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. Chyba není ve volených hodnotách α1 a α2, ale je v samotných doporučených kritériích "Uo", přičemž zjištěná anomálie není zdaleka jediná.
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. Kritérium "Uo" je ale 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. Evropská kritéria "Uo" o skutečném významu tloušťky navržené izolace nevypovídají.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
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. 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.
Termohydraulické algoritmy
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. U izolovaných potrubí však není vnější plocha trubky omývána chladným vzduchem, takže povrchová teplota trubky se teplotě vody blíží a radikální pokles teploty nastává až ve vrstvě 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.
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. 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. 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. 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.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
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. 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. Doufám, 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.
Následující tabulka ukazuje příklad výpočtu tlouštěk izolací pro ocelové závitové trubky s hodnotami součinitelů α1 a α2.
| Průměr potrubí | Vnější průměr potrubí D (mm) | α1 = 2000, α2 = 12 (tloušťka izolace v mm) | α1 = 1000, α2 = 15 (tloušťka izolace v mm) |
|---|---|---|---|
| DN 32 (5/4") | 42.45 | 38.43 | 37.93 |
| DN 40 (6/4") | 48.25 | 35.50 | 35.00 |
| DN 100 | 114.30 | 92.35 | 91.85 |
Z tabulky je patrné, že i při splnění kritéria Uo = 0,18 se tloušťka izolace pro trubku DN 32 (5/4") liší jen o 0,5 mm v závislosti na volbě součinitelů α1 a α2. Tato malá odchylka potvrzuje, že pro technický návrh izolace potrubí přesné výpočty součinitelů přestupu tepla nejsou vždy kritické.
Pro DN 32 (5/4") s vnitřním průměrem d = 35,9 mm a vnějším průměrem D = 42,45 mm, výpočtem zjistíme, že trubka DN 32 (5/4") skutečně splňuje kritérium Uo = 0,18 až při Diz = 0,16459 m, tj. s tloušťkou izolace 61,07 mm. 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.
Pro další studium problematiky rozvodů doporučuji nastudovat články uvedené níže v literatuře [8], [10].
Literatura:
- [8] KOVERDYNSKÝ, Vít: Tepelná izolace rozvodů chladu vedených v chráněných únikových cestách. větrání instalace, 2020, č. 1.
- [9] Vyhláška č. 460/2005 Sb., kterou se mění vyhláška č. bezpečnostního listu k nebezpečné chemické látce a chemickému přípravku. republiky ročník 2005, 28. listopadu 2005, částka 161.
- [10] KOVERDYNSKÝ, Vít: Srovnání tepelných izolací pro chladicí rozvody. č. 3.
tags: #izolace #potrubi #slovnik #informace