Cech topenářů a instalatérů ČR informuje

potrubí a armatury

Vlastnosti rozvodů tepla z předizolovaných trubek

Cech topenářů a instalatérů (www.cechtop.cz) pořádá každoročně semináře Joule v Kolíně, ve Zlíně a v Plzni. Na seminářích Joule 2010 vystoupil se zajímavou přednáškou Ing. Pavel Sláma. Zde je ukázka z jeho přednášky.

Aktuální stav v oboru předizolovaných potrubí

Předizolovaná potrubí jsou na trhu již čtyřicet let, ale teprve v posledních dvaceti pěti letech došlo k jejich značnému rozšíření v teplárenských sítích střední a východní Evropy. Vzhledem ke snahám o další využití kombinované výroby elektřiny a tepla, je další použití předizolovaných potrubí pravděpodobnou cestou pro snižování tepelných ztrát při rozvodu tepla k místům spotřeby. Předizolovaná potrubí prošla technickým vývojem, který posouvá jejich použitelnost směrem k náročnějším stavebním podmínkám a k vyšším (150 °C) či naopak k podnulovým teplotám přenášené látky (–70 °C). Zejména v oboru izolačních pěn došlo v několika evropských výzkumných laboratořích, částečně soukromých, ke změnám. Při relativně nízkých nákladech na komponenty pěny je při přesně řízených procesech možno zhotovovat PUR pěnu o velmi dobrých mechanických vlastnostech. Na jednu stranu tento proces postupně vyřazuje z procesu menší výrobce, pro které je již nákup nových technologií příliš drahý, na straně druhé došlo k postupnému odchodu menších výrobců ke standardizaci kvality potrubí téměř v celé EU, snad s výjimkou některých států na její východní hranici.

Příklad zadání k určení vhodného předizolovaného potrubí

• Teplonosná látka: voda upravená pro teplárenské účely.
• Provozní teploty: 90 °C přívodní a 70 °C zpětná.
• Provozní tlak: 1,2 MPa (abs), PN 16.
• Provozní rychlost vody: 1,5 m·s^–1.
• Proměnnost provozních parametrů v čase: ekvitermní regulace cca 100 plných cyklů za rok.

Vlastnosti kovových teplonosných potrubí z uhlíkové oceli

K výrobě teplonosných ocelových trubek jsou doporučeny svařované trubky dle EN 10217-2 a EN 10217-5 nebo bezešvé trubky dle EN 10216-2 s tolerancemi průměru podle EN 253.

• Materiál: Uhlíková ocel EN P235GH (DIN St37) pro teplovody a horkovody.
• Certifikát: EN 10204-3.1, ISO 9330-1/DIN 1626 (svařovaná), ISO 9329-1/DIN 1629 (bezešvá).
• Rozměry: ISO 4200/DIN 2458 nebo DIN 2448.
• Úkosy: DIN 2559/22.
• Zkoušky: nedestruktivní.
• Koeficient svaru: 1.
• Modul pružnosti: 206 kN·mm^–2.
• Mez kluzu: 225 až 235 N·mm^–2 při 20 °C.
• Pevnost v tahu: 350 N·mm^–2.

Vlastnosti standardního materiálu krycího pláště potrubí

• Materiál: PE-HD (vysokohustotní polyetylen).
• Rozměry: EN 253.
• Materiál: PE-HD.
• Hustota: ~ 960 kg·m^–3 při 20 °C.
• Tepelná vodivost: 0,43 W·m^–1·K^–1.
• Koeficient tepelné roztažnosti: 180·10^–6 K^–1.
• Rychlost toku taveniny (MFI 190/5): 0,4 až 0,9.
• Obsah černého uhlíku: 2,5 ± 0,5 % ASTM D-21603.
• Protažení při přetržení: ³ 350 % ISO R-292.
• Rázová pevnost: ³ 10 mJ·mm^–2 ISO R-179.
• Pevnost v tahu: ³ 17 MPa ISO DIS 572B.

Proč zrovna předizol?

Užití předizolovaných potrubí je jednou z možných alternativ směřujících k plnění koncepce trvale udržitelného rozvoje. Minimalizace tepelných ztrát spojená s montážní jednoduchostí, danou prací s již hotovými stavebními prvky, a to celé kombinováno s extrémní provozní spolehlivostí, předurčují předizolované systémy pro isotermickou přepravu tekutin, tedy kapalin i plynů na velké vzdálenosti.

Tepelné ztráty

Koeficient tepelné vodivosti PUR pěny za použití cyklopentanové technologie £ (50 °C) £ 0,026 W·m^–1·K^–1. Tato hodnota umožňuje při správné montáži a provozování potrubní sítě redukovat tepelnou ztrátu při rozvodu tepla na samu hranici měřitelnosti.

Vyšší izolační stupeň

Předizolované potrubí je standardně od devadesátých let dodáváno v tloušťce izolace označované „1“. Pouze výjimečně, např. při rekonstrukcích, se ještě můžete setkat s izolačním stupněm „0“. V případě teplovodů a především horkovodů je namístě v souladu s vyhláškou č. 193/2007 Sb. zvážit použití izolačního stupně „2“. Zejména u horkovodů lze tuto tloušťku izolace již doporučit jako základní standard minimálně pro přívodní potrubí. V případě, že výrobní cena tepla dosahuje hodnot přes 500 Kč/GJ, je na místě zvážit i izolační třídu „3“, případně u horkovodu 135/70 °C kombinaci třetí a první izolační třídy. Samozřejmě pokud se teplo neakumuluje do horkovodní sítě. Předizolovaná trubka ve 2. a 3. izolačním stupni se skutečně liší od 1. stupně pouze tloušťkou izolace. Zde montážní firmy žádné další komplikace nečekají.

A jak snížit investiční náklady?

Nejlépe dobrým projektem. Vzhledem k tomu, že předizolované potrubí je v současnosti poměrně systematicky řešenou částí stavby, je možno i v široké projektantské veřejnosti najít projektanty, kteří jsou velmi dobře kvalifikováni pro projektování předizolovaných potrubí. Pokud tito projektanti mají technickou podporu výrobce nebo dodavatele ve formě podpůrných, především pevnostních a tepelně-technických výpočtů, jsou jejich konečné výsledné projekty prvotřídní.

Co všechno se dá výpočtem zjistit?

Především síly a od nich odvozená napětí. Na základě těchto napětí se dají síly navrhnout a přímo v průběhu práce optimalizovat. Počty kompenzátorů v trase je možno za pomoci pevnostních výpočtů určit tak, aby výsledná axiální napětí byla udržena v oblasti napětí dovolených, tedy pro ocel St37.0 (P235GH) v oblasti 150 až 190 MPa.

Když axiální napětí > dovolené namáhání

Je-li axiální napětí zjištěné výpočtem v navrhované trase větší než napětí dovolené, potom se vloží jednočinný kompenzátor.

Pokud není možno potrubí předehřát?

Stejně tak velikost vyložení U, Z a L kompenzátorů je možné určit tak, aby každá část materiálu byla plně využita a neprováděl se zbytečně ani metr kompenzace navíc.

A když se chyba stane, jak ji najít?

Pomocí detekčního systému poruch tzv. monitorováním netěsností. Metoda je založena na skutečnosti, že kapalná látka vykazuje elektrolytickou vodivost, která se při jeho úniku do mezivrstvy snímá detekčními vodiči. Takových vodičů může být v jedné trubce umístěno více. Většinou se po­užívají systémy s měděnými vodiči. Ty lze ještě rozdělit dle principu uzavírání měřicího obvodu. Jedná se buď o dvojici vodičů, tvořící samostatné vedení, nebo je využita ve funkci jednoho z vodičů ocelová teplonosná trubka. Naposledy jmenovaný systém bývá nazýván Nordic a je v Evropě nejrozšířenější.