Stanovisko SEI - Jsou předepisované hodnoty součinitelů prostupu tepla pro určení tloušťky izolace závazné?

Dotaz:

V oblasti tepelných izolací rozvodů tepla a chladu došlo náhradou původní vyhlášky č. 151/2001 Sb. za vyhlášku č. 193/2007 Sb. k výraznému zpřísnění v požadavcích na izolace potrubí. Toto zpřísnění se projevuje především v oblasti malých dimenzí. Jsou předepisované hodnoty součinitelů prostupu tepla pro určení tloušťky izolace závazné pro všechny aplikace, nebo vyhláška poskytuje i jinou možnost stanovení tloušťky tepelných izolací rozvodu tepla a chladu?

Ve svém dotazu popisujete, že v nové vyhlášce č. 193/2007 Sb., kterou se stanoví podrobnosti účinnosti užití energie při rozvodu tepelné energie a vnitřním rozvodu tepelné energie a chladu, která zrušila původní vyhlášku č. 151/2001, došlo k výraznému zpřísnění v požadavcích na izolaci potrubí, zejména v oblasti malých dimenzí.

Vyhláška č. 193/2007 Sb., řeší problematiku tepelných izolací v § 2 odst. 3, kde je uvedeno "Minimální hodnoty respektive maximální hodnoty nemusí být dodrženy, pokud je navrženo vyhovující řešení na základě optimalizačního výpočtu respektujícího ekonomicky efektivní úspory energie". Dále je hodnocení tloušťky izolace uvedeno v § 5 odst. 9 - 11.

Při vyhodnocení vychází tloušťky izolace u potrubí podle § 5 jen u malých průměrů potrubí velké a jistá omezení tloušťky izolace jsou uvedeny v odst. 11 a 12. Pro standardně navrhované rozvody je vždy účelné stanovovat tloušťku izolace optimalizačním způsobem podle § 2 a tento způsob je uveden v příloze tohoto dopisu zahrnující náklady na izolace, cenu tepla, tepelné ztráty apod.

Hodnocení tloušťky izolace je zpracováno ve spolupráci Ministerstva průmyslu a obchodu a Státní energetické inspekce a je využíváno při posuzování projektové dokumentace staveb a kontrolní činnosti.

Popis postupu při stanovení optimální izolace

Návrh optimální izolace spočívá v nalezení minimálního součtu nákladů na vlastní izolaci plus nákladů na provoz izolovaného potrubí za určitou stanovenou dobu. Výchozími veličinami jsou reálná cena jednotkové délky izolace v různých posuzovaných tloušťkách, tepelně technické parametry izolace, střední teplota izolované teplonosné látky i okolí a dále střední předpokládaná cena tepelné energie v průběhu hodnoceného období.

Pro stanovení minimální tloušťky izolace vycházíme z období o délce 1-5 let. Přestože životnost potrubí i izolace je několikanásobně vyšší, vysoká cena energie způsobuje, že teoreticky vypočtené tloušťky izolací pro delší období jsou zejména pro vnitřní instalace obtížně aplikovatelné.

Vzhledem ke skutečnosti, že metoda vychází ze skutečného sortimentu a cen izolací, které jsou k dispozici na trhu, nemůže dojít ke stavu, že vypočtená optimální izolace je mimo vyráběný rozsah.

Z praktických důvodů je doplňkovým kriteriem návrhu sady izolací pro jeden ucelený potrubní systém a stejné podmínky provozu jednotlivých úseků rovněž požadavek na nesestupnou tendenci tloušťky izolace s dimenzí potrubí, a to bez ohledu na vypočtené optimum. V jednom potrubním systému a za stejných podmínek provozu jednotlivých úseků tedy tloušťka izolace se zvětšující se dimenzí potrubí nikdy neklesá.

Použité vztahy:

Výpočet ztráty tepla jednotkové délky izolovaného potrubí pro izolaci tloušťky s1:

Popis veličin:

qs1	Měrná ztráta tepla jednotkové délky potrubí [W/m]
Uo	Součinitel prostupu tepla izolovaným potrubím [W/m.K]
tm	Střední teplota teplonosné látky [°C]
te	Střední teplota okolí [°C]

Výpočet střední teploty média v posuzovaném období (pokud se jedná o vytápění):

Popis veličin:

tm	Střední teplota teplonosná látka [°C]
tw	Maximální projektovaná teplota vody [°C]
ti	Průměrná teplota vytápěných prostor [°C]
tv	Průměrná venkovní teplota v provozním období [°C]
te	Výpočtová venkovní teplota [°C]

Součinitel prostupu tepla izolovaným potrubím (při zanedbání přestupu tepla z média na vnitřní stěnu potrubí):

Popis veličin:

Uo	Součinitel prostupu tepla izolovaným potrubím [W/m.K]
λt	Součinitel tepelné vodivosti materiálu potrubí [W/m.K]
λiz	Součinitel tepelné vodivosti izolace [W/m.K]
αe	Součinitel přestupu tepla z povrchu izolace do okolí [W/m2.K]
d	Vnější průměr potrubí [m]
st	Tloušťka stěny potrubí [m]
D	Vnější průměr izolace (d+si) [m]
si	Tloušťka izolace potrubí [m]

Předpokládaná cena tepla o k let později bude:

Kde C_tp je počáteční cena tepla v posuzovaném období [Kč/kWh], z předpokládaný roční nárůst ceny tepla a i předpokládaná míra inflace. Na výpočet průměrné ceny tepla pak můžeme použít 2 modely, podle toho jak uvažujeme, že se chová nárust ceny tepla.

• Cena tepla narůstá průběžně
  Pak pro průměrnou cenu tepla C_ts za dobu n let platí vztah:
  
  
• Cena tepla a inflace skočí jednou za rok
  Myslím, že tenhle model vystihuje realitu více, jelikož teplárny s cenou tepla nehýbou každých 14 dní... Pak pro průměrnou cenu tepla C_ts za dobu n let platí vztah:
  
  

Na první pohled to vypadá, že jsme dostali dva dost odlišné vzorce (2) a (3). Nicméně rozdíl není zas tak velký. Platí totiž:

Při reálných hodnotách inflace a zdražování energií (obojí řádově jednotky procent) ze (4) vyplývá, že vzorce (2) a (3) se budou lišit řádově o stejné hodnoty, což je i přibližně přesnost ostatních parametrů. Nehledě na to, že z i i jsou odhady u kterých se neví, jak dobře budou vystihovat realitu, tedy jak dobrý je samotný model (1).

Výpočet nákladů na provoz jednotkové délky izolovaného potrubí za stanovené období:

Popis veličin:

Nps1	Provozní náklady na izolované potrubí v daném období [Kč/m]
qs1	Měrná ztráta tepla jednotkové délky potrubí [W/m]
Cts	Střední reálná cena tepla v posuzovaném období [Kč/kWh]
n	Počet posuzovaných let [roky]
d12	Roční délka provozního období [dny/rok]

Výpočet střední reálné ceny tepla v posuzovaném období vychází z modelu (3):

Popis veličin:

Cts	Střední reálná cena tepla v posuzovaném období [Kč/kWh]
Ctp	Počáteční cena tepla v posuzovaném období [Kč/kWh]
z	Předpokládaný roční nárůst ceny tepla [%]
i	Předpokládaná míra inflace [%]
n	Počet posuzovaných let [roky]

Součet nákladů na izolaci a provoz izolovaného potrubí:

Popis veličin:

Ns1	Celkové náklady na izolaci a provoz potrubí s izolací s1 [Kč/m]
Nps1	Provozní náklady na izolované potrubí izolací s1 v daném období [Kč/m]
Nis1	Investiční náklady na izolaci tloušťky s1 z platného ceníku výrobce [Kč/m]

Obdobným způsobem vypočteme celkové náklady pro další tloušťky izolací s₂-s_n, kde index n značí pořadové číslo největší vyráběné tloušťky pro příslušnou dimenzi potrubí.

Minimální hodnota N_si představuje optimální variantu izolace a tloušťka izolace s_i je tedy hledanou optimální tloušťkou izolace.

Přílohy:

• Příklad 1 - stanovení optimální izolace (PDF, 33 kB)
• Příklad 2 - stanovení optimální izolace (PDF, 33 kB)
• Příklad 3 - stanovení optimální izolace (PDF, 31 kB)
• Optimalizace tloušťky tepelné izolace potrubí pro rozvod TV - zadání (XLS, 237 kB)
• Optimalizace tloušťky tepelné izolace potrubí pro vytápění - zadání (XLS, 236 kB)
• Cena tepla (PDF, 25 kB)