Ministerstvo průmyslu a obchodu stanoví podle § 14 odst. 5 zákona č. 406/2000 Sb., o hospodaření energií, ve znění zákona č. 177/2006 Sb., k provedení § 6 odst. Vyhláška č. 193/2007 Sb. stanovuje (s určitými výjimkami) povinnost opatřit rozvody pro vytápění a teplou užitkovou vodu (TUV) tepelnou izolací a definuje tzv. určující součinitel prostupu tepla. Tato vyhláška zapracovává příslušný předpis Evropských společenství a nabývá účinnosti dnem 1. ledna 2008.
Základní principy a cíle izolace potrubí
Kvalitně izolované vodovodní potrubí dokáže řádově snížit náklady na ohřev vody i tepelné ztráty. Správně zvolený materiál a tloušťka tepelné izolace potrubí vodovodních rozvodů dokáže snížit tepelné ztráty až o 70 %. Důvodů k izolaci potrubí s teplou vodou je více. Jedním z hlavních je ekonomický, neboť snížením tepelné ztráty v rozvodech tepla dochází ke snížení provozních nákladů. Dalším důvodem je zajištění bezpečnosti provozu pro vytápěcí zařízení - ochrana před mrazem. Mohou být i další důvody k provádění tepelných izolací potrubí podle účelu. Tepelná izolace se provede tak, aby jí neprocházely žádné kabely, vodovodní potrubí apod. Izolacemi potrubí pro studenou vodu se tento článek nezabývá, nicméně je třeba podotknout, že potrubí studené pitné vody, kromě potrubí zásobující pouze odběrní místa požární vody a potrubí složeného v ochranné trubce, musí být tepelně izolováno.
Legislativní požadavky na izolaci potrubí
V problematice izolací se musíme řídit platnou vyhláškou č. 193/2007 Sb., která předepisuje izolovat všechny potrubí teplé vody. Tato vyhláška navazuje na zákon č. 406/2000 Sb. o hospodaření energií. Protože se jedná o legislativu úspor energií, není zde problematika izolování rozvodů řešena komplexně, ale je řešena pouze část, která ovlivňuje spotřebu energie, tedy rozvody teplé vody a cirkulace. V roce 2013 byla zavedena technická normalizační informace (TNI) CEN/TR 16355, která poskytuje informace a doporučení pro prevenci proti zvyšování koncentrace Legionell ve vnitřních vodovodech pro rozvod vody určené k lidské spotřebě v souladu se sérií norem EN 806. Tato (TNI) by měla být aplikována v souladu s národními předpisy, což je vyhláška 252/2004 Sb. Základní normou v oboru zdravotně technických instalací je národní norma ČSN 75 5409 Vnitřní vodovody. Norma navazuje na ČSN EN 806-1 až 5 a ČSN EN 1717 a řeší problematiku, která není v normách řešená dostatečně. ČSN 75 5409 doporučuje tepelně izolovat všechny potrubí studené pitné vody, kromě potrubí zásobujících pouze odběrné místa požární vody a potrubí uložených v ochranných trubkách.
Nové vodovodní rozvody v novostavbách a při rekonstrukcích nevyhovujících a zastaralých instalací musí splňovat celou řadu různých přísných kritérií. Příkladem kvalitního řešení je systém RAUTITAN od REHAU, který splňuje nejen české zákony, vyhlášky a standardizované evropské normy, ale i ty nejpřísnější - německé.
Technické požadavky na tepelné sítě a rozvody
Dimenzování a účinnost tepelné sítě
Tepelná síť se dimenzuje tak, aby roční využití její schopnosti přenosu tepelné energie bylo co největší. Účinnost užití energie z hlediska její dopravy je určena vztahem A) uvedeným v příloze č. 1. Účinnost užití energie z hlediska tepelných ztrát je určena vztahem B) uvedeným v příloze č. 1. Při navrhování nových a při rekonstrukci stávajících tepelných sítí se použije řešení, pro které má minimální hodnotu energetické náročnosti z hlediska dopravy tepelné energie ηc a maximální hodnotu účinnosti z hlediska tepelných ztrát ηz. Minimální hodnoty respektive maximální hodnoty nemusí být dodrženy, pokud je navrženo výhodnější řešení na základě optimalizačního výpočtu respektujícího ekonomicky efektivní úspory energie.
Čtěte také: Průvodce kročejovou izolací
Parametry teplonosné látky
Pro vytápění a přípravu teplé vody a všude tam, kde to pro daný účel postačuje, volí se přednostně pro přenos tepelné energie teplá voda do 90 °C nebo do 115 °C. Horká voda nad 115 °C se použije pro rozsáhlé tepelné sítě určené k zásobování rozlehlých sídlišť, obcí a vzdálených odběratelů. Výpočtová teplota ve vratném potrubí se volí nižší nebo rovna 70 °C. Tlak v teplovodní a horkovodní síti se za provozu udržuje ve výši, která zajišťuje, že v žádné části potrubí ani v připojeném odběrném tepelném zařízení nedojde k odpaření vody. Parametry páry se volí tak, aby s ohledem na úbytek tlaku a teploty v síti byly uspokojeny požadavky všech napojených odběratelů a aby při její dopravě byla omezena kondenzace v potrubí.
Regulace a měření
Každý zdroj tepelné energie pro ústřední vytápění, popřípadě k němu připojené předávací stanice se k zabezpečení hospodárného nakládání s tepelnou energií a rovnovážného stavu mezi výrobou a spotřebou tepelné energie vybaví zařízením automaticky regulujícím teplotu teplonosné látky, zejména v závislosti na průběhu klimatických podmínek nebo venkovní teploty ve vazbě na teplotu vnitřní ve vytápěném prostoru nebo podle zátěže, nebo regulátorem tlaku páry. Zdroje tepelné energie, které zajišťují vytápění ústřední, bytové individuální a lokální, se vybavují automatickou regulací umožňující centrálně snížit či odstavit dodávku tepelné energie, stejně jako zapnout a vypnout elektrická zařízení zajišťující dopravu tepelné energie v závislosti na venkovní teplotě nebo jiné určující veličině. Volba druhu regulace upřednostňuje požadavek maximálních úspor tepelné energie.
U rozvodu tepelné energie a vnitřního rozvodu vytápění a teplé vody se seřizují průtoky tak, aby odpovídaly projektovaným jmenovitým průtokům s maximální odchylkou ± 15 %. Seřízení průtoků se prokazuje měřením v jednotlivých větvích otopné soustavy. Měření se provádí při uvádění do provozu, po odstranění závažných provozních závad, při nedostatečném zásobování nebo přetápění u některého odběratele či spotřebitele a při změnách zařízení, které ovlivňují tlakové poměry v síti, zejména při připojení nových a odstavení stávajících odběratelů či spotřebitelů.
Izolace potrubí a zásobníků
Všeobecné požadavky na izolaci
Část tepelné sítě, která prochází netemperovanými prostory, s teplonosnou látkou o teplotě vyšší než 40 °C nesloužící temperování prostorů, kterými prochází, se vybaví tepelnou izolací. Tepelná izolace se chrání před mechanickým poškozením. Vnější povrch izolovaného potrubí se upraví tak, aby byl odolný vůči vnějšímu prostředí a slunečnímu záření. Izolace armatur a přírub se provádí jako snímatelná. Povrchy, spoje a čela tepelných izolací se opatří vhodnou nepřerušovanou parotěsnou vrstvou k zamezení pronikání vlhkosti difuzí vodních par. Pro ochranu izolací platí rovněž § 5 odst. 2 vyhlášky.
Tloušťka tepelné izolace
Tloušťka tepelné izolace u vnitřních rozvodů do DN 20 se volí ≥ 20 mm; u DN 20 až DN 35 se volí ≥ 30 mm; u DN 40 až DN 100 se volí ≥ DN; nad DN 100 se volí ≥ 100 mm. U vnitřních rozvodů plastových a měděných potrubí se tloušťka tepelné izolace volí podle vnějšího průměru potrubí nejbližšího vnějšímu průměru potrubí řady DN. Při nižších hodnotách λ, než je uvedeno v ustanovení odstavce 8, se minimální tloušťka tepelné izolace (de - d)/2 stanoví výpočtem tak, aby součinitel prostupu tepla vztažený na jednotku délky potrubí k byl menší nebo roven 0,35 W/m.K. Výpočet se provede podle vztahu uvedeného v příloze č. 3 vyhlášky č. 193/2007 Sb. U rozvodů se tloušťka tepelné izolace stanoví výpočtem tak, aby součinitel prostupu tepla vztažený na jednotku délky potrubí U byl menší nebo roven jak hodnoty uvedené v příloze č. 3. U vnitřních rozvodů se minimální tloušťka tepelné izolace (diz - d)/2 stanoví výpočtem tak, aby součinitel prostupu tepla vztažený na jednotku délky potrubí U byl menší nebo roven hodnotě uvedené v příloze č. 3 k této vyhlášce a zároveň bylo dodrženo ustanovení odstavce 3. Výpočet se provede podle vztahu uvedeného v příloze č. 3.
Čtěte také: IPA asfaltová izolace: Co potřebujete vědět
Minimální tloušťka tepelné izolace zásobníků teplé vody a otevřených expanzních nádob je 100 mm při použití izolačního materiálu se součinitelem tepelné vodivosti λ menším nebo rovným 0,045 W/m.K (udáváno při teplotě 0 °C). Minimální tloušťka tepelné izolace pasivních zásobníků (akumulačních nádob) je 100 mm při použití izolačního materiálu se součinitelem tepelné vodivosti λ menším nebo rovným 0,04 W/m.K (udáváno při teplotě 0 °C).
Příklad výpočtu a význam izolace
Příklad z praxe: ústřední vytápění v kotelně rodinného domu umístěné ve sklepě. Přívodní i vratné potrubí má délku 4 metry a světlost 1". Teplota okolí je 18 °C. Teplota otopné vody je 50 °C a vratné 30 °C. U neizolovaného potrubí činí tepelný výkon asi 33 W, celé potrubí asi 130 W. Po izolaci klesne tepelný výkon asi na 10 W, celé potrubí asi na 40 W. Úspora přibližně 130 W po dobu celé topné sezóny má význam. 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".
Materiály pro tepelnou izolaci potrubí
Vlastnosti tepelněizolačních materiálů se rozdělují na fyzikální, tepelné a protipožární (bezpečnostní). Mezi fyzikální vlastnosti patří například objemová hmotnost, krátkodobá nasákavost (obvykle max. 1 kg·m-2) a odolnost proti chemickým látkám. Tepelné vlastnosti zahrnují součinitel tepelné vodivosti λ a nejvyšší provozní teplotu. Součinitel tepelné vodivosti λ pro potrubí je nejčastěji od 0,025 do 0,3 W·m-1·K-1. Nejvyšší teplota provozní/teplota na straně fólie (závisí na materiálu izolace a může být např. 250 °C/100 °C, podrobnosti viz ČSN EN 14706. Protipožární vlastnosti jsou klasifikace reakce na oheň (viz ČSN EN 13501-1+A1).
Typy izolačních materiálů
- Pěnový polyetylen (PE): Surovinou pro výrobu je ropa. Základem tohoto izolačního materiálu je polyetylenová pěna. Používá se buď bez povrchové úpravy, nebo s hliníkovou folií. Snadno se zpracovává, lepí a je recyklovatelný. Používá se pro ochranu potrubí před korozí a jako ochrana proti působení agresivního prostředí. Polyetylenové izolace jsou pružné, flexibilní a nenasákavé, což znamená, že nepřijímají vlhkost, která značně snižuje tepelněizolační vlastnosti materiálů. Nejnižší odolnost proti teplotě má pěněný polyetylen.
- Kamenná vlna: V některých literaturách je označována také jako minerální nebo čedičová vlna. Vyrábí se především z vyvřelých hornin - z čediče a dolomitu. Kamenná vlna se dodává buď s hliníkovou fólií vyztuženou skleněnou mřížkou, nebo bez. Používá se pro izolaci potrubí s vysokých teplotách protékajících látek. Má také dobré akustické vlastnosti. Je to nehořlavý materiál a je chemicky neutrální, čímž se zabrání vzniku koroze. Teplota tání kamenné vlny je více než 1000 °C.
- Skleněná vlna: Surovinou je pak soda, dolomit, borax, živec a vápenec. Z těchto surovin se vyrábí izolační materiál. Použití je obdobné jako u kamenné vlny. Izolace ze skleněné vlny, pokud jsou použity ve vlhkém prostředí, musí být opatřeny ochrannou hliníkovou fólií.
- Syntetický kaučuk EPDM (elastomer): Má podobné složení i vlastnosti jako polyetylen. Vyznačuje se vysokým odporem proti difuzi vodní páry, nízkou tepelnou vodivostí a vysokou ohebností. Je odolný vůči agresivnímu prostředí a UV záření. Používá se především v oblastech klimatizace a v chladírenství. Vhodný je také pro venkovní rozvody (např. k solárním panelům atd.). V budovách se používá méně často než jiné tepelněizolační materiály.
- Polyuretanová pěna (PUR): Patří k izolačním materiálům na organické bázi. Izolace PUR pěnou patří k nejúčinnějším izolačním materiálům.
Formy izolačních výrobků
Tepelněizolační výrobky pro izolaci potrubí se rozdělují na izolační trubice, rohože a pásy. Izolační trubice slouží k izolaci přímých úseků potrubí, zatímco pásy slouží k izolaci armatur. Někteří výrobci pro své výrobky používají odlišnou terminologii, například "nekonečné hadice" pro pěnový polyetylen. Pro izolaci potrubí větších průměrů se skelnou vatou nebo kamennou vlnou se používají pouzdra.
Izolační pouzdra se vyrábějí ve formě podélně děleného válce se „zámkem“, který brání tepelným ztrátám přes podélnou drážku. Povrchovou úpravou je hliníková fólie vyztužená mřížkou ze skelných vláken. Na podélné drážce je umístěna samolepicí páska pro dokonalé uzavření pouzdra. Pouzdra na obr. 2 d) lze použít pro teploty až 620 °C.
Čtěte také: Radon a asfaltová izolace
Izolační rohože mají odlišný tvar od trubic. Dodávají se jako stočené pásy. Materiálem je kamenná vlna. Rohože se vyrábějí nejčastěji v šířkách 500, 600 a 1000 mm. Plocha jedné rohože v závislosti na tloušťce izolace je od 1,5 do 15 m2. Základní rozdělení je na rohože lamelové a na pletivu. Lameleové rohože jsou opatřeny hliníkovou fólií, přičemž minerální vlákno je uloženo kolmo k hliníkové fólii. To zajišťuje udržení stejné tloušťky i v ohybech a rozích. Rohož na obr. 3 a) se používá pro teploty až 250 °C. Rohože na pletivu se vyrábějí rovněž z čedičové vlny připevněné na drátěném pozinkovaném pletivu. Provozní teplota může být i přes 600 °C.
Izolační pásy se vyrábějí z lehčeného pěněného polyetylenu. Slouží k izolaci armatur, okolo nichž se mohou velmi dobře omotat. Tloušťka izolačního pásu je od 2 do 10 mm. Široká nabídka šířek a tlouštěk umožňuje izolování armatur všech běžných rozměrů.
Montážní příslušenství
Pro správnou montáž izolačních materiálů se používá řada pomůcek a příslušenství, jako jsou lepidla, lepicí pásky, spony, speciální oblouky a T kusy. Lepidla pro lepení PE materiálů snášejí trvalé tepelné zatížení maximálně 80 °C. Pro materiály z kaučuku se používají lepidla, která mohou být vystavena teplotě až 150 °C. Lepicí páska se používá k uzavírání tepelněizolačních trubic a pásů. Spojovací objímky slouží jako podpůrný prostředek pro uzavírání spojů tepelněizolačních trubic a pásů.
Měření a ověřování tepelněizolačních vlastností
Podle účelu měření se měřicí metody dělí na laboratorní a provozní. Tepelné ztráty izolovaného potrubí je možné stanovit podle ČSN 75 5455.
Laboratorní metody
Laboratorní metody se používají v laboratořích, kde se měří za přesně definovaných podmínek s přesností 5 %. Za těchto podmínek jsou pro daný vzorek tepelné izolace měření reprodukovatelná. Používané laboratorní metody jsou zejména metoda desková (Poensgenova), metoda válce (Van Rinsumova) a metoda koule (Nusseltova). Jejich popis je uveden v příloze č. 4 k vyhlášce č. 193/2007 Sb.
- Desková metoda (Poensgenova): Zařízení je určeno k ověřování tepelné vodivosti izolačních vzorků tvaru rovinných desek. Měří se dva stejné vzorky (rozměrů, kvality) položené vodorovně. Optimální tloušťka měřeného vzorku tepelné izolace je 0,2 l, kde l je délka strany měřené desky. Použitelný rozsah teplot této metody je 0 až 300 °C. Jednodesková metoda je použitelná pro teploty do -200 °C.
- Metoda válce (Van Rinsumova): Je prakticky jedinou používanou metodou pro ověřování izolací potrubí o průměrech 20 až 250 mm. Elektricky vytápěná trubka (měřicí úsek) o uvedeném průměru má na povrchu čidla k měření teplot. Na povrchu je trubka opatřena měřenou izolací. Rozsah povrchových teplot se pohybuje od 30 do 80 °C.
- Metoda koule (Nusseltova): Je určena pro měření tepelné vodivosti sypkých, volných vláknitých apod. materiálů. Jde o dvě soustředné koule, kde vnitřní koule je podepřena v meziprostoru izolačním materiálem a elektricky vyhřívána. Průměr vnitřní koule je obvykle 150 mm a vnější 300 mm.
Provozní metody
Provozní metody se používají v provozních podmínkách. U provozních metod nejsou teploty přesně definovány a měření je závislé na možnostech měřicí metody. Přesnost naměřených hodnot, tj. tepelného toku, popř. tepelné vodivosti je horší než 5 %. Provozní metody ověřují tepelně izolační vlastnosti především tepelnou vodivostí a tepelnými ztrátami. Mezi provozní metody patří metody Schmidtova, termovizní a kalorimetrická. Popis provozních metod je uveden v příloze č. 5 k vyhlášce č. 193/2007 Sb.
- Schmidtova metoda: Gumový pásek je obložen sériovým termočlánkem měřícím rozdíl teplot na tloušťce pásku 2 mm. Pásek je zavulkanizován do pasu 60 x 5 x 600 mm. Pas se přikládá k měřenému povrchu, kterým prochází tepelný tok. Ten vyvolá změnu teplot na vnitřním i vnějším povrchu zavulkanizovaného pásku a sériové termočlánky násobící změnu signalizují napětí v závislosti na velikosti tepelného toku. Po ocejchování pasu se získá konstanta pasu C. Násobením odečteného napětí na svorkovnici pasu získáme hodnotu měřeného tepelného toku. Vzhledem k cejchování pasu na rovině se tepelný tok určovaný na potrubí násobí korekčním součinitelem.
- Termovizní metoda: Tato metoda představuje způsob měření, při kterém se termovizní kamerou snímá povrch izolovaného zařízení. Termovizní zobrazení povrchových ploch umožňuje zaznamenat rozložení povrchových teplot zařízení a tak případné vady izolace, které se projevují jako tepelné mosty.
- Kalorimetrická metoda: Metoda vychází z kalorimetrické rovnice a umožňuje stanovit tepelné ztráty či zisky na úseku rozvodu. Měřením se stanoví rozdíl teplot teplonosné látky a průtok. Při využití fakturačních měřidel tepla dodavatele a součtových hodnot fakturačních měřidel na vstupu u odběratelů lze přibližně stanovit tepelné ztráty celé sítě.
Tloušťky izolací se vzájemně liší jen cca o 0,5 mm. 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.
Součinitel prostupu tepla a jeho vliv
Tepelná ztráta potrubí kruhového průřezu je způsobena vedením tepla jednotlivými vrstvami potrubí a přestupem tepla do okolního prostředí. Její velikost ovlivňuje součinitel prostupu tepla válcovou stěnou (materiál trubky, materiál izolace, přestup tepla mezi povrchem potrubí a okolního prostředí), délka potrubí a rozdíl teploty média uvnitř potrubí a teploty v jeho okolí. Velikost součinitele prostupu tepla U0 je dána vyhláškou č. 193/2007 Sb. Hodnota součinitele prostupu tepla se mění v závislosti na velikosti průměru potrubí. Při dosažení velmi malých hodnot součinitele prostupu tepla U0 dochází k nehospodárné izolaci potrubí. 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. 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.
Tabulka tlouštěk tepelné izolace
Vyhláška č. 193/2007 Sb. definuje minimální tloušťky tepelné izolace pro vnitřní rozvody, které jsou uvedeny v následující tabulce. Tyto tloušťky platí pro izolační materiály se součinitelem tepelné vodivosti λ menším nebo rovným 0,045 W/m.K (udáváno při teplotě 0 °C).
| DN (jmenovitá světlost potrubí) | Minimální tloušťka tepelné izolace [mm] |
|---|---|
| do DN 20 | ≥ 20 |
| DN 20 až DN 35 | ≥ 30 |
| DN 40 až DN 100 | ≥ DN |
| nad DN 100 | ≥ 100 |
Pro potrubí vedené ve zdi, při průchodu potrubí stropem, křížení potrubí, ve spojovacích místech, u centrálního rozdělovače a u přípojek k otopným tělesům, které nejsou delší než 8 m, se volí poloviční tloušťka tepelné izolace uvedená v této tabulce.
tags: #izolace #potrubi #teple #vody #193 #2007