Izolace potrubí studené vody v budovách – 1. část

Potrubí vedoucí studenou vodu patří mezi typ potrubí, u kterého se význam tepelné izolace v praxi velmi často podceňuje. Kromě rizika povrchové izolace, provlhnutí nevhodného typu izolace hrozí i nežádoucí oteplování studené vody s následným možným výskytem bakterií. Článek rozebírá uvedené typy problémů a věnuje se detailnímu popisu jednotlivých typů tepelných izolací, které se na tyto rozvody používají.

Recenzent: Vít Koverdynský

Úvod

Stejně jako potrubí s teplou vodou, tak i potrubí s vodou studenou se izoluje. Oba druhy potrubí se vedou v budovách často souběžně. Pokud by potrubí nebylo opatřené izolací, pak by se teplá voda v potrubí ochlazovala a studená na­opak ohřívala. Základem možných problémů neizolovaného potrubí studené vody je navíc riziko kondenzace vzdušné vlhkosti na povrchu potrubí. Izolační materiály také chrání potrubí před mechanickým poškozením, to však není tématem tohoto článku, který se zabývá pouze izolováním potrubí studené vody vedeného v budovách.

O tepelných izolacích potrubí rozvádějících teplou vodu šířeji pojednává například dvojice článků publikovaných v časopisech Topenářství instalace č. 6/2016 a č. 7/2016. [1]

Hlavní význam tepelné izolace

Význam tepelné izolace na rozvodech studené vody spočívá v omezení pronikání vodní páry do izolačního materiálu a k zamezení rizika kondenzace v izolaci nebo na chladném povrchu potrubí. Povrchová teplota zde totiž může být nižší, než je teplota rosného bodu okolního vzduchu. Důsledkem je možný vznik kondenzátu na povrchu. Delší dobu kapající kondenzát může způsobit problémy v místě dopadu a navíc zvýší vlhkost vzduchu ve svém blízkém okolí.

Vlhkost vzduchu

Vlhkost vzduchu se rozlišuje na absolutní a relativní (rh). Absolutní vlhkost vyjadřuje hmotnostní podíl vodních par v gramech vztažených na objem vzduchu. Relativní vlhkost se uvádí jako procentuální poměr nenasyceného a nasyceného vzduchu.

Běžné vlhkoměry v domácnostech většinou ukazují relativní vlhkost vzduchu, která se někdy označuje také jako poměrná vlhkost. Relativní vlhkost 100 % znamená vzduch plně nasycený vodními parami. Relativní vlhkost 0 % se vyskytuje velmi výjimečně a značí suchý vzduch zcela bez vlhkosti.

Kondenzace vodních par na chladném povrchu potrubí

Vzduch obsahuje určité množství vodní páry. Pokud má vzduch teplotu nižší než je teplota rosného bodu, pak dochází k vysrážení přebytečné vodní páry a vzniku kondenzátu. Teplotu, při které dochází k plnému nasycení vzduchu vodní parou a vysrážení kapek vody, lze snadno zjistit. Tato teplota se nazývá rosný bod.

Vlhkost vzduchu je možné zjistit vlhkoměry nebo jinými přístroji, které umožňují měření množství vodních par obsažených ve vzduchu. Rosný bod lze zjistit výpočtem, pomocí měřicího přístroje určeného ke zjišťování rosného bodu nebo pomocí diagramu.

Pro výpočet rosného bodu t_w, pro návrh tepelné izolace potrubí, je k dispozici celá škála dostupných vztahů. Je možné ho spočítat dvěma vzorci podle velikosti částečného tlaku vodní páry p_d.

Pokud je p_d menší než 610,75 Pa, pak se počítá podle vzorce:

Pokud je p_d rovno nebo větší než 610,75 Pa, pak se počítá podle vzorce:

• p_d – částečný tlak vodní páry [Pa]
• p_d"– částečný tlak nasycené vodní páry [Pa] se počítá v závislosti na teplotě okolního vzduchu [°C], která je ve vzorci označena t_out.

Běžnou praxí je, že projektant vy­užije některý z volně dostupných přepočtů na internetu, které po zadání okrajových podmínek vypočítají teplotu rosného bodu. Některé programy umí navrhnout i vhodnou izolaci pro zabránění povrchové kondenzace. [3]

Tab. 1 • Výpočet částečných tlaků nasycené vodní páry p_d" v závislosti na teplotě okolí

Měření rosného bodu přístroji

K tomu slouží speciální infračervené teploměry, které měří teplotu vzduchu a vlhkost (integrovaným vlhkoměrem) a spočítají si rosný bod jako referenční hodnotu, kterou pak porovnávají s naměřenou povrchovou teplotou (v našem případě např. potrubí).

Zjištění rosného bodu pomocí diagramu

Mollierův diagram, který je k dispozici v odborné literatuře nebo na internetu, slouží poměrně snadným způsobem ke zjištění rosného bodu.

Na diagramu je znázorněn příklad zjištění rosného bodu v místě, kde byla naměřena teplota vzduchu 25 °C a relativní vlhkost 50 %. Do ­diagramu se vynese naměřená teplota vzduchu a relativní vlhkost vzduchu. Modrý bod je průsečík teploty 25 °C (oranžová) a relativní vlhkosti 50 % (šedá). Z tohoto bodu se spustí svislá čára (zelená) na křivku nasycení (hnědá). Tato křivka představuje relativní vlhkost 100 % – tvoří spodní hranici diagramu. Z průsečíku s křivkou nasycení se odečte na svislé ose vlevo teplota rosného bodu (červená), zde je to 14 °C. Pokud bude mít povrch potrubí teplotu 14 °C a nižší, tak se při relativní vlhkosti 50 % a teplotě vzduchu 25 °C bude na povrchu ­potrubí tvořit kondenzát (srážet vlhkost).

Problémy neizolovaného potrubí studené vody

Potrubí se studenou vodou, které není tepelně izolované, nebo je izolované špatně, může způsobovat například tyto problémy:

• nežádoucí oteplování studené vody s negativními důsledky na její kvalitu a mikrobiologii;
• ochlazování teplé vody v souběžně vedeném potrubí;
• rosení potrubí a následné odkapávání zkondenzované vody;
• zamrznutí vody na chatách nebo při jejich dlouhodobém opuštění v zimním období, v horším případě prasknutí potrubí a riziko případného poškození souběžného potrubí;
• korozi kovových materiálů vzniklým kondenzátem;
• promáčení stěn, podhledů, případně jiných stavebních konstrukcí a vybavení.

Požadavky na izolační materiály

Nízká tepelná vodivost

– čím nižší tepelná vodivost l, tím je nutná menší tloušťka tepelné izolace.

Odolnost proti průniku vodní páry

– je dána faktorem difuzního odporu m,, který uvádí kolikrát je daný materiál méně propustný vůči vodní páře než nehybná vrstva vzduchu o stejné teplotě. Tepelněizolační materiál s uzavřenou pórovou strukturou tak chrání před vnikáním vzdušné vlhkosti do izolace a jeho transportu směrem k chladnému povrchu potrubí. Požadavek na vysoký faktor difuzního odporu neplatí pro izolaci s kapilárně vodivou tkaninou.

Reakce na oheň

– klasifikace dle hořlavosti podle ČSN EN 13501-1 [4].

Jednoduchá zpracovatelnost materiálu

– ovlivňuje rychlost práce a tím i produktivitu při montáži.

Dlouhá životnost

– je ovlivněna výběrem správného materiálu a kvalitou montáže.

Vlastnosti tepelněizolačních materiálů používaných na potrubí

Tepelněizolační vlastnosti každého izolačního materiálu jsou dány obsaženým množstvím vzduchu v něm a způsobem (tvarem) jeho uložení v něm. Pro nízké teploty (u studené vody) platí, že čím je méně izolačního materiálu a čím je více vzduchu v navzájem oddělených komůrkách, tím lepší jsou tepelněizolační vlastnosti daného materiálu. Když je však pevné matrice příliš málo, pak roste součinitel tepelné vodivosti l . Velké množství uzavřených vzduchových komůrek zajišťuje vysoký izolační potenciál. Výsledkem vhodné vnitřní struktury tepelné izolace mohou být výborné tepelněizolační vlastnosti materiálu, kdy součinitel tepelné vodivosti l může dosáhnout i hodnot nižších než 0,035 W·m^–1·K–1 při 10 °C (pro srovnání – vzduch má 0,025 W·m^–1·K^–1).

Nejdůležitější vlastnosti tepelně­izolačních materiálů uvádějí jejich výrobci v technických listech a v prohlášeních o vlastnostech. Tyto vlastnosti se rozdělují na fyzikální, tepelné a protipožární (bezpečnostní). Údaje o vlastnostech jednotlivých izolačních materiálů lze vyčíst z technických údajů každého konkrétního výrobku.

Fyzikální vlastnosti

• teplotní odolnost (např. u pěnového PE –50 °C až +90 °C);
• krátkodobá nasákavost (max. 0,1 kg·m^–2);
• objemová hmotnost (obvykle v rozsahu 25–50 kg·m^–3);
• faktor difuzního odporu µ (podle typu materiálu od 2000), s hliníkovým polepem i přes 200 000);
• odolnost proti kyselinám, louhům, vlhkosti, ropným látkám (přesné údaje odolnosti uvádějí výrobci ve svých technických podkladech).

Tepelné vlastnosti

• součinitel tepelné vodivosti l (může být v rozmezí 0,03 až 0,3 W·m^–1·K^–1);
• teplota provozní/teplota na straně fólie (závisí na materiálu izolace).

Protipožární vlastnosti

• reakce na oheň.

Z hlediska tepelné izolace je nejdůležitější vlastností součinitel tepelné vodivosti, který závisí na izolačním materiálu, teplotě protékající látky a v malé míře i na průměru potrubí.

Právní předpisy související s návrhem tepelné izolace potrubí

Ve vyhlášce č. 193/2007 Sb. [5] v § 9 Rozvody chladicích látek, se v odstavci 3 uvádí: „Pro tepelné izolace rozvodů a vnitřních rozvodů chladu se použije materiál mající součinitel tepelné vodivosti l menší nebo roven 0,038 W·m^–1·K^–1 (hodnoty l> udávány pro 0 °C).“ Odstavec 6 pak uvádí: „Povrchy, spoje a čela tepelných izolací se opatří vhodnou nepřerušovanou parotěsnou vrstvou k zamezení pronikání vlhkosti difuzí vodních par.“ Pro ochranu izolace platí § 5 odstavec 2: „Tepelné izolace opatřené na vnějším povrchu kovovým opláštěním se při provozních teplotách nižších než +15 °C na všech spojích opatří stále pružným tmelem proti difuzi vlhkosti s faktorem difuzního odporu µ > 7000.“

Vyhláška č. 193/2007 v příloze č. 3 stanovuje součinitele prostupu tepla vztaženého na jednotku délky – viz tabulka.

Technická norma TNI CEN/TR 16355 [6] z roku 2013 doporučuje prevenci proti zvyšování koncentrace bakterií rodu Legionella takto:

„Potrubí studené pitné vody, kromě potrubí zásobujícího pouze odběrní místa požární vody a potrubí uloženého v ochranné trubce, musí být tepelně izolováno. U potrubí nepitné vody se nutnost tepelné izolace posuzuje podle účelu použití vody. Tepelná izolace musí zabránit kondenzaci na vnějším povrchu kovových potrubí studené vody.“

Norma ČSN 75 5409 Vnitřní vodovody [7]. Tato norma uvádí nejmenší tloušťku tepelné izolace v závislosti na druhu potrubí a jeho umístění (viz tab. 3).

Literatura (1. část)

[1] DUFKA, J.: Tepelné izolace potrubí v nevytápěných prostorech (část 1, 2). Topenářství instalace, 2016, roč.: 50, č. 6, 7, s. 48–55; s. 42–49. ISSN 1244-0906. Dostupné z: <https://www.topin.cz/clanky/tepelne- izolace-potrubi-v-nevytapenych-prostorech-1-cast-detail-1246>; <https://www.topin.cz/clanky/tepelne- izolace-potrubi-v-nevytapenych-prostorech-2-cast-dokonceni-detail- 1050>.
[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). TZB-info. (cit. 2021-03-04). Dostupné z: <https://voda.tzb-info.cz/tabulky-a- vypocty/57-vypocet-tloustky-izolace- potrubi-proti-kondenzaci-vodnich- par>.
[4] ČSN EN 13501-1. Požární klasifikace stavebních výrobků a konstrukcí staveb – Část 1: Klasifikace podle výsledků zkoušek reakce na oheň. 2019-9. ČAS. Praha.
[5] Vyhláška č. 193/2007 Sb. ze dne 17. července 2007, kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu. In Sbírka zákonů České republiky. 31. července 2007, částka 62, s. 2398. Dostupné z: <http://aplikace.mvcr.cz/sbirka-zakonu/ViewFile.aspx?type=c&id=5153>.
[6] TNI CEN/TR 16355. Doporučení pro prevenci zvyšování koncentrace bakterií rodu Legionella ve vnitřních vodovodech pro rozvod vody určené k lidské spotřebě. 2013-4. ÚNMZ. Praha.
[7] ČSN 75 5409. Vnitřní vodovody. 2013-2. ÚNMZ. Praha.

---

Cold water pipe insulation in a building

Cold water pipes are among the types of piping for which the importance of thermal insulation is very often underestimated in practice. In addition to the risk of surface insulation, wetting of the unsuitable type of insulation, there is also a risk of unwanted warming of cold water with the subsequent possible occurrence of bacteria. The article discusses these types of problems and deals with a detailed description of individual types of thermal insulation that are used for these distributions.

Keywords: cold water distribution, thermal insulation, condensation

Dokončení příště