Tepelné izolace potrubí v nevytápěných prostorech – 1. část

Tepelné izolace potrubí jsou součástí každé otopné soustavy i zařízení pro přípravu a rozvody teplé vody. Při realizaci se často dopouštíme chyb. Základem pro správnou aplikaci tepelných izolací je znalost vlastností použitých materiálů, vhodné tloušťky izolací i způsob montáže.
Autor dvoudílného článku přehledně uvádí důležité informace nutné pro správně provádění tepelných izolací od návrhu až po pečlivé zpracování, včetně popisu izolovaného potrubí.

Recenzent: Jiří Matějček

Úvod

Potrubí pro vytápění může být vedeno od zdroje tepla k otopným tělesům přes místnosti, ve kterých má být chladno, nebo není třeba, případně vhodné, v nich vzduch ohřívat. K takovým místnostem patří např. kotelna, sklepy s potravinami atd. V těchto místnostech se izoluje nejen přívodní, ale i vratné potrubí otopné soustavy. Pokud nebude potrubí zaizolované, pak únikem tepla z něj se sníží teplota proudící vody a zvýší teplota okolního vzduchu v místnosti. Konkrétní teploty v místnostech a tepelné izolace potrubí navrhuje projektant, pokud si majitel nemovitosti sám nezadá svůj požadavek.

Primárním úkolem tepelné izolace je snížení intenzity tepelného toku, čímž dochází ke snížení tepelné ztráty. Snížením tepelné ztráty v rozvodech tepla dochází ke snížení provozních nákladů. Význam tepelných izolací je tedy především ekonomický.

Text tohoto článku platí nejen pro izolaci potrubí v budovách sloužícího k vytápění, ale také pro potrubí určené k dodávce teplé vody (TV) pro užitkové účely. Teplota přívodní i vratné vody v otopné soustavě se mění podle venkovní teploty vzduchu. Návrh tepelné izolace potrubí se provádí pro nejméně příznivé provozní podmínky.

U dálkové dodávky TV bývá teplota vody v rozmezí 50 až 55 °C. V domácnostech s vlastním ohřívačem vody si majitel (uživatel) bytu může teplotu vody zvolit (nastavit) sám. Tato teplota, ve srovnání s vytápěním, bývá téměř vždy konstantní. Izolacemi potrubí pro studenou vodu se tento článek nezabývá.

Důvody izolace potrubí

Důvodů k izolaci potrubí s TV je více. Potrubí se izoluje zejména z těchto důvodů:

• snížení tepelných ztrát;
• udržení požadované teploty vody při transportu z jednoho místa na druhé;
• zamezení nevhodnému zvýšení teploty vzduchu v místnosti;
• ochrana povrchu potrubí před poškozením;
• zajištění bezpečnosti provozu – ochrana osob před popálením dotykem horkého povrchu potrubí;
• zajištění bezpečnosti provozu pro vytápěcí zařízení – ochrana před mrazem.

Mohou být i další důvody k provádění tepelných izolací potrubí podle účelu. Hlavním důvodem je však téměř vždy hospodárnost provozu. Výrobci tepelných izolací uvádějí, že správně zvolenou a provedenou izolací lze zabránit až 80 % tepelných ztrát.

Právní předpisy související s tepelnými izolacemi

Tepelné izolace potrubí se doporučuje provádět v souladu s příslušnými právními předpisy. Projektanti a firmy zabývající se tepelnými izolacemi potrubí by měli mít k dispozici alespoň nejdůležitější právní předpisy uvedené na konci tohoto článku v Seznamu použité a doporučené literatury. Mimo vyjmenované normy se k tématu tepelných izolací a hospodaření s teplem vztahují i další právní předpisy. Není však účelem tohoto článku je všechny vyjmenovat.

Určující součinitel prostupu tepla pro vnitřní rozvody

Velikost tohoto součinitele je dána vyhláškou č. 193/2007 Sb. [1]. Konkrétní hodnota součinitele prostupu tepla se mění v závislosti na velikosti průměru potrubí. Nedodržením hodnoty součinitele prostupu tepla U₀ dochází k nehospodárné izolaci potrubí.

Pro vnitřní rozvody potrubí z plastů a mědi se volí tloušťka tepelné izolace podle vnějšího průměru potrubí nejbližšího vnějšímu průměru potrubí řady DN. U vnitřních rozvodů se pro tepelné izolace použije materiál se součinitelem tepelné vodivosti l menším nebo rovným nejvýše 0,040 W·m^–1·K^–1, přičemž hodnoty l jsou uváděny při teplotě 0 °C.

Izolační třídy

Z hlediska tepelných izolací potrubí je významná norma ČSN EN 12828+A1 Tepelné soustavy v budovách – Navrhování teplovodních otopných soustav [2]. Podle ní potrubí, která se nacházejí v nevytápěných prostorech, musí být izolována, aby se redukovaly nežádoucí tepelné ztráty. Vyhovující izolační třídy se volí v souladu s tab. 2.

Rozdíl v izolovaném a neizolovaném potrubí z hlediska úniku tepla

Různé statistické tabulky ukazují, že spotřeba tepla tvoří velkou část celkové spotřeby energie v domě. Na následujícím jednoduchém příkladu si lze představit možné úspory tepelné energie zaizolováním potrubí ústředního vytápění v kotelně rodinného domu umístěné ve sklepě.

Přívodní i vratné potrubí má délku 4 metry a světlost 1". Teplota vzduchu v kotelně je 18 °C. Teplota otopné vody je 50 °C a vratné 30 °C. Každý metr přívodního potrubí předává do okolí tepelný výkon asi 33 W, celé potrubí asi 130 W. Každý metr vratného potrubí předává do okolí tepelný výkon asi 10 W, celé potrubí asi 40 W. Celkem tak potrubí vytápí kotelnu zbytečně tepelným výkonem asi 170 W. Zaizolováním obou potrubí vhodnou izolací patřičné tloušťky, je možno tento výkon snížit přibližně na 40 W. Úspora přibližně 130 W po dobu celé topné sezony má význam. Izolace potrubí však vyžaduje finanční náklady, a proto je třeba navrhnout hospodárnou (ekonomickou) tloušťku tepelné izolace potrubí.

Hospodárná tloušťka tepelné izolace potrubí

Náklady na provoz otopné soustavy mají obvykle dvě části – pořizovací (investiční nebo také vstupní) a provozní (průběžné). U tepelné izolace musíme počítat s různou cenou za metr v závislosti na kvalitě izolace (vlastnosti materiálu) a zejména na průměru a tloušťce izolačních trubic. Čím bude mít izolace větší tloušťku, tím méně tepla přes ni projde do okolí. Cena za silnější izolaci se však zvýší. Je tedy třeba najít správnou tloušťku izolace, která se nazývá hospodárná nebo také ekonomická.

Kritériem pro návrh tloušťky izolace může být také maximální povrchová teplota izolace. To přichází v úvahu pro vyšší provozní teploty dopravované látky, zejména v průmyslu. U teplovodního vytápění a dodávky TV se tak vysoká teplota nevyskytuje.

Za hospodárnou tloušťku izolace se považuje tloušťka, při které je součet nákladů na tepelné ztráty a nákladů na izolaci z dlouhodobého hlediska nejmenší. Jde tedy o nalezení kompromisu mezi oběma vlivy, mezi přínosy a ztrátami spojenými s pořízením a provozováním tepelné izolace.

Pro návrh hospodárné tloušťky tepelné izolace potrubí byly vypracovány různé počítačové programy. Některé firmy vyrábějící (i prodávající) tepelné izolace mají na svých internetových stránkách zveřejněný návrh vhodné tloušťky izolace na základě zadaných (do tabulky dosazených) údajů – viz tab. 3. Zájemce vyplní volná políčka v tabulce a program mu sám navrhne vhodnou tloušťku tepelné izolace.

Tab. 3 ukazuje jen jednu z možností návrhu tepelné izolace. Na internetu můžeme najít i jiné tabulky (podrobnější) s možností zadávat i další údaje, např. nadmořskou výšku apod. Podobný program pro výpočet, ale i podrobnější, má na svých webových stránkách řada firem, např. Isover a další.

Vlastnosti tepelněizolačních materiálů

Výrobci u svých výrobků uvádějí nejdůležitější vlastnosti tepelněizolačních materiálů. Tyto vlastnosti rozdělují na fyzikální, tepelné a protipožární (bezpečnostní). Přesné a úplné údaje o vlastnostech jednotlivých výrobků z izolačních materiálů lze vyčíst z technických údajů o každém konkrétním výrobku.

Fyzikální vlastnosti

• objemová hmotnost (obvykle okolo 25 až 50 kg·m^–3);
• krátkodobá nasákavost (obvykle max. 0,05 kg·m^–2);
• teplotní odolnost (různá; –50 °C až +90 °C u pěněného PE a stovky °C u minerální vlny);
• difuzní odpor proti vlhkosti µ (podle materiálu od 2000, s hliníkovým obalem i přes 200 000);
• odolnost proti kyselinám, louhům, vlhkosti, ropným látkám (přesné údaje odolnosti po určitou dobu uvádějí výrobci pro své konkrétní výrobky – viz technické údaje v katalogu výrobků).

Tepelné vlastnosti

• součinitel tepelné vodivosti (závisí na izolačním materiálu, teplotě protékající látky a průměru potrubí a je nejčastěji od 0,025 do 0,3 W·m^–1·K^–1; podrobněji viz tab. 4);
• nejvyšší teplota provozní/teplota na straně fólie (závisí na materiálu izolace a může být např. 300 °C/100 °C, podrobnosti viz ČSN EN 14706 [4].

Protipožární vlastnosti

• teplota tání (závisí na materiálu izolace, nejnižší je u pěněného PE asi 110 °C, nejvyšší u minerálních materiálů přes 1000 °C);
• reakce na oheň (závisí na materiálu izolace a povrchové vrstvě, uvádí se zkratkami – podrobnosti viz ČSN EN 13501-1+A1 [5]).

Čísla uváděná u vlastností je třeba brát s rezervou. Uváděn je poměrně velký rozsah hodnot. Konkrétní číslo vždy závisí na několika okolnostech. Např. u tepelněizolačního pouzdra paroc z kamenné vlny je podle EN 14303 + A1 (EN ISO 8497) [6] uváděná tepelná vodivost ve značném rozsahu v závislosti na teplotě – viz tabulka 4.

Ještě vyšší tepelná vodivost je ­uváděna např. u vlny Rockwool Pro Rox při teplotě 640 °C, a to 0,213 W·m^–1·K^–1.

Vyjmenovány byly jen ty vlastnosti tepelněizolačních materiálů, které o svých výrobcích uvádí většina výrobců. Mimo tyto vlastnosti zveřejňují firmy další vlastnosti. Všechny si je lze vyhledat v katalogu výrobků nebo na internetu.

Druhy tepelněizolačních materiálů

Použití konkrétního materiálu pro tepelnou izolaci potrubí závisí ze­jména na teplotě teplonosné látky, která potrubím teče. K nejpo­uží­va­nějším tepelněizolačním mate­riá­lům pro potrubí v budovách patří pěněný polyetylen a minerální izolace, které se dělí na skelnou a kamennou podle hlavních surovin, ze kterých se vyrábí. Izolační vata (minerální izolace) má velmi dobrou odolnost proti hlodavcům, hmyzu a jiným škůdcům. V menší míře se používají také kaučuk a polyuretanová pěna (PUR).

Všechny tepelněizolační materiály používané pro potrubí s TV se vyznačují malou objemovou hmotností, nízkou tepelnou vodivostí, jsou pružné, flexibilní a nenasákavé. Mají uzavřenou buněčnou strukturu, což znamená, že nepřijímají vlhkost, která značně snižuje tepelněizolační vlastnosti materiálů. Ze všech materiálů má nejmenší odolnost proti teplotě pěněný polyetylen.

Údaje v tab. 5 je nutno brát jako informativní (doporučené), byly převzaty z webových stránek od různých výrobců tepelněizolačních výrobků. Platí pro sériově vyráběné izolace. Na přání zákazníka mohou výrobci zajistit produkci i v jiných rozměrech. Některé firmy (např. PSPizoterm) uvádějí, že tloušťku izolačního materiálu (polyuretan) vyrábějí na přání zákazníka. Větší průměry potrubí v budovách (nad 100 mm) se vyskytují jen zřídka, bývá to hlavně u velkých budov. Pro izolování potrubí malých průměrů skelnou vatou nebo kamennou vlnou se používají pouzdra (obr. 2 d). Potrubí velkých průměrů se izoluje častěji rohožemi (obr. 3).

Pěněný polyetylen

Surovinou pro výrobu je ropa. Základem tohoto izolačního materiálu je polyetylenová pěna. Izolace se vyrábí buď bez povrchové úpravy, nebo s povrchovou úpravou, například polymerovou, LDPE, HDPE folií, pokovené nebo s hliníkovou folií – viz obr. 4. Snadno se zpracovává, lepí a je recyklovatelný. Izolace z pěněného PE se mohou používat jako izolace tepelné, akustické, dále jako mechanická ochrana potrubí a jako ochrana proti působení agresivního prostředí.

Kamenná vlna

Základem pro výrobu je materiál z přírody – vlákna z vybraných druhů minerálů jemně pojené organickým pojivem. V některých literaturách je označována také jako minerální nebo čedičová vlna. Vyrábí se především z vyvřelých hornin – z čediče a dolomitu. Povrchovou úpravu tvoří nejčastěji hliníková fólie vyztužená skleněnou mřížkou. Tento izolační materiál se vyznačuje ochranou proti šíření plamene a požáru, vysokou odolností proti vlhkosti, rozměrovou a tvarovou stálostí i při vysokých teplotách protékajících látek. Izolace z přírodního kameniva se používají jako izolace tepelné i akustické. Označení AS u tepelněizolačních přírodních materiálů znamená nízký obsah chloridů, čímž se zabrání vzniku koroze.

Skelná vata

Výchozími surovinami pro výrobu jsou přírodní křemičitý písek a roztavené sklo, v menším množství pak soda, dolomit, borax, živec a vápenec. Polotovarem je sklo upravené do vláken, ze kterých se vyrábí izolační materiál. Použití je obdobné jako u kamenné vlny. Izolace ze skelné vaty používané ve vlhkém prostředí musí být opatřeny ochrannou hliníkovou fólií. Skelná vatazabraňuje množení bakterií a hub, je chemicky neutrální,nevyvolává korozi.Dále neobsahuje nečistoty a nevláknité částice škodlivé zdraví.

Kaučuk

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. Kaučuk je bezprašný, bezvláknitý materiál, a proto může být použit do míst, kde je zvýšený požadavek na hygienu prostředí. Izolace z kaučuku se využívají jako izolace tepelné, proti tvorbě kondenzace, ve vzduchotechnice, klimatizaci a v chladírenství. Vhodný je také pro venkovní rozvody (např. rozvody k solárním panelům atd.). V budovách se po­užívá méně často než jiné tepelně­izolační materiály.

Polyuretan

Polyuretanová pěna (PUR) patří k izolačním materiálům na organické bázi. Materiál je nadouvaný cyklopentanem. PUR pěna je po vakuu nejlepším tepelným izolantem, je zdravotně nezávadná a neobsahuje freony nebo formaldehydy.

Údaje v tab. 6 jsou převzaty od výrobců. Mohou však být i jiné, záleží vždy na konkrétním výrobku. Je proto třeba si přečíst informace o vlastnostech daného tepelněizolačního materiálu či výrobku od výrobce. Teplotu až 750 °C uvádí např. výrobce tepelné izolace kamenné vlny pod názvem paroc. U jiných výrobků z kamenné vlny výrobci uvádějí teplotu mnohem nižší než 750 °C.

Výrobky pro tepelné izolace potrubí

Izolační materiály dodávané pro tepelnou izolaci potrubí mají od výrobců v technických údajích uvedeny většinou následující informace:

• technický list (rozměry, základní vlastnosti);
• prohlášení o shodě (výrobek splňuje požadavky dle příslušných právních předpisů);
• bezpečnostní list (dle vyhlášky č. 231/2004 Sb. se u výrobku nejedná o nebezpečnou látku);
• chemická odolnost (výrobek odolává přesně jmenovaným látkám po určitou dobu).

Tepelněizolační výrobky pro izolaci potrubí se rozdělují na izolační trubice, rohože a pásy. Trubice a rohože se používají k izolaci rovných částí (trubek) a tvarový kusů (kolena, oblouky, T kusy). Pásy slouží k izolaci armatur. Výrobní firmy i prodejci používají různé termíny pro identické výrobky, terminologie není jednotná. Většina výrobců tepelných izolací z pěněného polyetylenu však rozlišuje výrobky takto:

Izolační trubka, izolační trubice

Typickým příkladem jsou pěnové trubice nejčastěji o délce 2 m, různých tlouštěk stěn a průměrů. Izolační trubice s ochrannou vrstvou se vyrábějí v různých barvách, pro izolaci potrubí TV nebo vytápění se používají trubice červené barvy.

Hadice

Identický výrobek jako trubice s tím rozdílem, že se jedná o produkty délky cca 15 m navíjené do kotoučů. V katalogu některých výrobců jsou vedeny jako nekonečné hadice.

Návlek

Opět identický produkt jako trubice, svým charakterem má ale malou tloušťku stěny a velký průměr, připomíná tedy spíše textilní návlek než pevnou trubku.

Pouzdro

Výrobek je opět shodný s trubicí, materiálem však není pěněný PE, ale minerální vlna. Má tvar dutého podélně děleného válce se „zámkem“, který brání tepelným ztrátám přes podélnou drážku. Povrchovou úpravou je hliníková fólie vyztužená mřížkou ze skelných vláken. Pouzdra se opatřují polepem na podélném spoji samolepicí páskou pro dokonalé uzavření pouzdra. Podle ČSN EN 14707 [7] pouzdro na obr. 2 d odolává teplotě až 620 °C.

Rohože

Mají odlišný tvar od trubic. Dodávají se jako stočené pásy – viz obr. 3. Výchozím materiálem pro výrobu je kamenná vlna. Teplota tání kamenné vlny je více než 1000 °C. Rohože jsou hydrofobizovány (impregnovány), aby nemohly nasávat vodu. Vyrábějí se nejčastěji v šířkách 500, 600 a 1000 mm. Tloušťka rohoží se pohybuje od 20 mm až do 125 mm. Obsah balení se uvádí v m² a pohybuje se v závislosti na tloušťce izolace od 1,5 do 15 m². Základní rozdělení je na rohože lamelové a na pletivu.

Rohož lamelová

Jedna strana rohože obsahuje zpracovanou čedičovou vlnu a druhá je opatřena kašírovanou vyztuženou hliníkovou fólií. Minerální vlákno je uloženo kolmo k hliníkové fólii. Velmi dobře zachovává svoji tloušťku i v ohybech a rozích. Rohož na obr. 3 a je určena pro provozní teplotu média až 250 °C. Teplota na straně hliníkové fólie nepřesahuje 80 °C.

Rohož na pletivu

Vyrábí se rovněž z čedičové vlny připevněné na drátěném pozinkovaném pletivu. Rohože se vyrábějí také v úpravě ALU – vložená hliníková fólie pod pletivem, která působí jako ochrana proti prachu. Provozní teplota dopravované látky je u drátěných rohoží vyšší než u lamelových a může být i přes 600 °C.

Pásy

Vyrábějí se z lehčeného pěněného polyetylenu. Mají vysokou ohebnost a lze s nimi dobře provádět izolace armatur, okolo nichž se mohou velmi dobře omotat. Přehled tepelněizolačních pásů s různými povrchovými úpravami ukazuje obr. 4. Pásy se vyrábějí v šířce od 20 do 50 mm a tloušťka materiálu je od 2 do 10 mm. Široká nabídka šířek a tlouštěk umožňuje izolování armatur všech běžných rozměrů.

K tepelněizolačním trubicím a rohožím se vyrábějí další výrobky, bez nichž by se tepelná izolace nemohla správně provádět. Patří k nim zejména izolační segmenty, z nichž se sestaví koleno či oblouk, lepidla, lepicí pásky, spony apod.

Izolační segmenty

Jsou díly vyrobené řezáním mate­riálu pod přesným úhlem tak, aby po jejich sestavení vznikl oblouk (koleno) 90 stupňů. Oblouky či kolena se sestavují ze 4 segmentů. Sestavení oblouku ze segmentů je jednoduché a rychlejší než klasická výroba podle obr. 9.

Lepidla

Pro lepení styčných ploch tepelně­izolačních trubic nebo tvarových kusů se dodávají v tubách nebo plechovkách. Na trhu jsou k dostání balení od 100 gramů po několik kilogramů. Lepidla určená pro lepení PE materiálů snášejí trvalé tepelné zatížení maximálně 80 °C. Pro lepení tepelných izolací z kaučuku se používají lepidla, která mohou být vystavena teplotě až 150 °C.

PVC páska

Používá se k uzavírání tepelněizolačních trubic a pásů. Lepidlo na pásce je vyrobeno ze syntetického kaučuku s přídavky dalších komponent. Maximální trvalé tepelné zatížení je +80 °C, šířka pásky se pohybuje od 30 do 50 mm.

Sponky (spony)

Mají oba konce vytvarovány do špičky, aby se mohly snadno zapíchnout do PE trubice. Používají se jako podpůrný prostředek pro uzavírání spojů tepelněizolačních trubic a pásů. Na trubice (pásy) se připevňují až po přilepení PVC pásky.

Samolepicí pásky

Mohou se používat k tepelné izolaci armatur nebo slepení tepelně­izolačních trubic po délce. Dodávají se v šířce 20 až 50 mm a tloušťce stěny 2, 3, 5 a 10 mm. Délka se pohybuje od 20 do 50 m. Někteří výrobci vyrábějí tyto pásky v modré barvě, přestože jsou určeny pro tepelné izolace TV do +80 °C. Na tuto skutečnost výrobci upozorňují.

---

 

Thermal insulation of pipes in unheated areas – part 1.

Thermal insulation of pipes are part of every heating system and facilities for the preparation and distribution of hot water. During implementation often we make mistakes. The basis for the correct application of thermal insulation is the knowledge of the properties of the materials used, the appropriate thickness of insulation and the installation method. Author of a two-part article summarizes the important information necessary for correct implementation of thermal insulation from design through careful processing, including a description of the insulated pipe.