Tepelné izolace potrubí dle vyhlášky č.151/2001
Vyhláška č. 151/2001 nám ukládá izolovat potrubí buď podle článku č.9 §6 přímo danou tloušťkou izolace, nebo podle článku 11 výpočtem s kriteriem maximální ztráty tepla vztažený na jednotku délky potrubí, konkrétně 0,35 W/m.K.
Rád bych se v tomto článku zamyslel nad smysluplností tohoto kriteria. V podstatě to znamená, že malé průměry potrubí zaizolujeme velice snadno, protože povrch válce (povrch izolace) je natolik malý, že ani při poměrně vysoké povrchové teplotě nepřekročíme limit, stanovený kriteriem.
Naproti tomu u větších potrubí je dosažení 0,35 W/m.K velice nákladné, vzhledem k velké ploše válce (povrchu izolace). Zde je orientační výpočet:
Příklad 1, měděné potrubí o průměru 15mm, teploty 70°C v prostředí 20°C
Potrubí o průměru 15 mm má plochu na jednotku délky:
S = 3,14 * 0,015 m * 1 m = 0,0471m2
Jakékoliv potrubí dle vyhlášky při výše daných podmínkách může ztrácet:
Q = 0,35 W/m.K * 1 m * 50 K = 17,5 W
Měrný tepelný tok potrubí o průměru 15mm jednotkou povrchu při splnění kriteria je tedy:
q = Q / S /ΔT
q = 17,5 W/0,0471m2/50 K = 7,431 W/m2K
Při přestupu tepla přirozenou konvekcí ležatého válce (počítejme přibližně alfa = 10W/m2K) bude neizolované potrubí o teplotě 70°C v prostředí 20°C ztrácet na metr délky následující teplo:
q = alfa * S * delta T
q = 10 W/m2K * 0,0471 m2 * 50K = 23,55 W/m
Na jednotku plochy bude potom ztráta tepla představovat:
q = alpha = 10 W/m2K
Izolaci tedy postačí navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy na povrchu potrubí z 10 W/m2K na 7,431 W/m2K. To zajistí běžná PE izolace s lambdou 0,044 W/m K o teoretické tloušťce 4 mm.
Vyráběná nejmenší tloušťka je 6mm. Aktuální cena je cca 3,20 Kč na metr potrubí, ztráta tepla izolovaného potrubí je 15,2 W/m - tedy o 2,3 W/m v normě.
Příklad 2, potrubí o průměru 108mm, teploty 70°C v prostředí 20°C
Válec o průměru 108mm
plocha 1m je S = 3,14 * 0,108 * 1 = 0,3391m2
Jakékoliv potrubí dle vyhlášky při výše daných podmínkách může ztrácet:
Q = 0,35 W/m.K * 1 m * 50 K = 17,5 W
Měrný tepelný tok potrubí o průměru 108mm jednotkou povrchu při splnění kriteria je tedy:
q = Q / S /ΔT
q = 17,5 W/0,3391 m2/50K = 1,0321 W/m2K
Při přestupu tepla přirozenou konvekcí ležatého válce (počítejme přibližně alfa=10 W/m2K) bude neizolované potrubí o teplotě 70st.C v prostředí 20st.C ztrácet na metr délky následující teplo:
q = alfa * S * delta T
q = 10 W/m2K * 0,3391 m2 * 50K = 169,55 W/m
Na jednotku plochy bude potom ztráta tepla představovat:
q = alpha =10 W/m2K
Izolaci je tedy nutné navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy povrchu potrubí z 10 W/m2K na 1,0321 W/m2K. To zajistí izolace o teoretické tloušťce cca 49 mm.
Izolaci je tedy nutné navrhnout tak, aby snížila tepelný tok jednotkou plochy na povrchu potrubí z 10 W/m2K na 1,0321 W/m2K. To zajistí izolace minerální vlnou s hliníkovou fólií s lambdou 0,038 W/m K o teoretické tloušťce 49 mm.
Vyráběná nejbližší tloušťka je 50mm. Aktuální cena je cca 206 Kč na metr potrubí, ztráta tepla izolovaného potrubí je 17,2W/m - tedy o 0,3 W/m v normě.
V čem je tedy nevhodnost kriteria?
Pokud bychom ustoupili z požadavku na izolaci jednoho metru potrubí o průměru 108mm a izolovali stejným materiálem o tloušťce 30mm, ušetříme na izolaci jediného metru potrubí 69Kč a ztratíme na tomto úseku pouhých 7,4 W.
Pokud použijeme oněch 69 Kč na izolaci potrubí o průměru 15mm, zaizolujeme tak 9,5 m potrubí PE izolací namísto 6mm tloušťkou izolace 13mm tloušťkou izolace, což představuje nárůst ceny jednoho metru izolace z 3,20Kč/m na 10,5Kč/m. Ztráta tepla se sníží pro metr potrubí z 15,2 na 11,3W/m a pro 9,5m potrubí ušetříme celkem 37 W.
Z předchozího srovnání vyplývá, že pouhým přesunutím investičních prostředků vložených do izolace jsme ušetřili na jediném metru nákladně izolovaného potrubí 37-7,4 = 29,6W.
Domnívám se, že návrh izolací je otázkou ekonomickou a musí být proveden tak, aby vynaložené prostředky zajistily maximální omezení ztrát tepla celého systému. V současnosti používané kriterium dle vyhlášky č.151 k takovému návrhu rozhodně nesměřuje. Správně navržené izolace musí zohledňovat ceny izolačních materiálů, ceny energií a návratnost investice.
Jsme v situaci, kdy vyhláška je závazná a kriterium návrhu pro malé dimenze potrubí nevhodné. Jediné doporučení, které mohu v této situaci učinit, je izolovat potrubí tak, aby nebylo v rozporu s vyhláškou, ale zároveň jsme neplýtvali energií tam, kde je to otázkou doslova několika korun - tedy u malých dimenzí.
Konkrétní řešení vidím v následujícím doporučení pro izolaci:
Do průměru 28mm - Izolovat PE návleky tl. 13mm (podmínky vyhlášky jsou splněny s rezervou)
Průměry nad 28mm - Tloušťku izolace volit podle vyhlášky (20mm a více, podle dimenze potrubí)
Pozn. K výpočtům jsem využil volný SW pro návrh izolací na portálu TZB-info, kde si může každý vypočtené hodnoty snadno ověřit. Pro aktuální ceny izolací jsem vycházel z platného ceníku firmy KTO International s.r.o.