Posuzování tepelně izolačních vlastností teplovodního potrubí IV.
Část 4 – Navrhování tepelné izolace podle ČSN EN 12 828
Článek uvádí všeobecné zásady a kritéria návrhu tepelné izolace potrubí, které jsou uvedeny v ČSN EN 12 828. Parametry tepelné izolace jsou tabelárně stanoveny pro izolační třídy podle provozního parametru.
1. Všeobecné zásady
Součásti rozvodu tepla, včetně potrubí, které nemá sdílet teplo po celé své délce do vytápěného prostoru, musí být tepelná izolace přestupové plochy z důvodů:
- minimalizace tepelných ztrát,
- zamezení škodlivých vlivů z nadměrných teplot povrchů k zajištění bezpečnosti uživatelů (např. fyzických dopadů nebo dotyku kůže s povrchem s provozní teplotou),
- zamezení škod na vytápěcích zařízeních vyvolaných působením mrazu (např. ochrana před mrazem).
V návrhu tepelné izolace se musí zvažovat:
- zvýšení vnitřních teplot,
- snížení teploty vstupní vody,
- požární ochrana,
- výběr vhodných izolačních materiálů.
Izolační materiál se musí volit s ohledem na vhodnost zařízení a potrubí, pro zamezení koroze, neslučitelnost mezi součástmi rozvodu tepla, elektrickými vedeními a součástmi.
Izolační materiál a jeho tloušťky se musí navrhovat v souladu s národními předpisy týkajícími se požární ochrany. Izolační materiál musí být za normálních podmínek odolný proti vlhkosti, chemickým a bakteriologickým vlivům.
Tloušťka tepelné izolace, je-li to požadováno, se může vypočítat podle EN ISO 12 241.
2. Nežádoucí tepelné ztráty
Pro návrh tepelné izolace se musí uvažovat následující základní parametry:
- jmenovitý průměr potrubí a velikost prvků,
- teplota teplonosné látky,
- průměrná teplota okolí během topného období,
- délka doby provozu tepelné soustavy,
- tepelná vodivost izolačního materiálu.
Součásti tepelné soustavy, které se nacházejí v nevytápěných prostorách, musí být pro redukci nežádoucích tepelných ztrát izolovány.
Vhodná izolační třída se může volit v souladu s tabulkou 1.
| Izolační třída | Maximální tepelná vodivost | |
|---|---|---|
| Trubky s vnějším průměrem d1 ≤ 0,4 m W/mK a) |
Trubky s vnějším průměrem d1 > 0,4 m nebo rovinné plochy b) W/m2K c) | |
| 0 | – | – |
| 1 | 3,3 d1 + 0,22 | 1,17 |
| 2 | 2,6 d1 + 0,20 | 0,88 |
| 3 | 2,0 d1 + 0,18 | 0,66 |
| 4 | 1,5 d1 + 0,16 | 0,49 |
| 5 | 1,1 d1 + 0,14 | 0,35 |
| 6 | 0,8 d1 + 0,12 | 0,22 |
| Pozn.: a) Lineární součinitel prostupu tepla vztažený k 1 m délky trubky. b) Zahrnuje nádoby a jiná zařízení s rovnými nebo zakřivenými povrchy a trubky s nekruhovým průřezem. c) Součinitel prostupu tepla vztažený k jednotce plochy trubky. | ||
Tloušťky izolace odpovídající izolační třídě jsou uvedeny v tabulce 3.
3. Další zásady
K dalším zásadám pro izolování potrubí a zařízení patří:
- všechny součásti trubního rozvodu musí být izolovány nejméně stejně jako přípojné potrubí (pokud není stanoveno jinak),
- přípojky otopných těles nejsou zpravidla izolovány, jsou-li umístěny ve stejném prostoru jako otopné těleso,
- u dobře izolovaných budov, není-li trubní rozvod součástí otopné plochy, se musí tepelně izolovat pro zamezení nežádoucího zvýšení vnitřní teploty vzduchu. Už při návrhu by se mělo vyloučit zvýšení teploty místnosti o více než 2 K.
Tloušťky izolace odpovídající izolační třídě jsou uvedeny v tabulce 3.
4. Škodlivé účinky nadměrně vysokých teplot
K tomu, aby se zabránilo poranění uživatelů a škodám na zařízení nebo stavebních dílech se součásti tepelné soustavy musí izolovat (viz EN 563 a EN 13 202).
Následující kritéria jsou podkladem pro výpočet tloušťky izolace:
- návrhová teplota teplonosné látky,
- návrhová teplota prostředí,
- tepelný odpor izolace.
5. Ochrana proti mrazu
Součásti tepelné soustavy, která je vystavena mrazu se musí izolovat.
Dále uvedená kritéria jsou podkladem pro stanovení tloušťky izolace:
- výpočtová venkovní teplota,
- vstupní a výstupní teplota teplonosné látky,
- tepelný odpor izolace.
V extrémně chladných podmínkách se potrubí malého průměru, např. menší než DN50 chrání proti zamrznutí jiným způsobem než tepelnou izolací, např. řízenou cirkulací primární vody nebo vyhříváním potrubí.
6. Provozní parametr tepelné izolace
Provozní parametr I je definován obecným vztahem:
kde je
- θw
- teplota vody [°C]
- θe
- teplota okolí [°C]
- t
- čas [s]
- fa
- součinitel daný podílem tepla, který se považuje za tepelnou ztrátu [–]
- τ
- sumarizace času v délce trvání topného období [s]
Provozní parametr se může stanovit ze vztahu:
kde je
- (θw − θe)
- střední teplotní rozdíl
- fa
- odhadnutá hodnota součinitele podílu tepla
- t
- délka topného období
Je nutné brát v úvahu budoucí funkční změny budovy a případné její změny zařízení, neboť rozhodující pro stanovení izolační třídy je nejvyšší provozní parametr po dobu životnosti zařízení. Nižší zařazení než je vypočtené je přijatelné v určitých případech, např. u budov s dobou životnosti menší než 5 let.
Doporučená izolační třída na provozním parametru je uvedena v tabulce 2.
| Izolační třída | Provozní parametr K.s/rok.109 |
|---|---|
| 0 | I < 0,05 |
| 1 | 0,05 < I < 0,17 |
| 2 | 0,17 < I < 0,35 |
| 3 | 0,35 < I < 0,70 |
| 4 | 0,70 < I < 1,40 |
| 5 | 1,40 < I < 2,80 |
| 6 | I < 2,80 |
Minimální tloušťky tepelné izolace (v mm), které splňují požadavky izolačních tříd 1 až 6 jsou podle tabulky 2 v závislosti na součiniteli tepelné vodivosti λ [W/mK] a pro rovinné plochy ve W/m2K a vnějším průměru d1 uvedeny v tabulkách 3 až 5.
Uvažuje se s hodnotou součinitele přestupu tepla na vnějším povrchu tepelné izolace αe = 9 W/m2K.
Prostup tepla pro trubky je v jednotkách W/mK pro rovinné plochy je v jednotkách W/m2K.
Součinitel tepelné vodivosti λ je stanoven na základě průměrné teploty během provozní doby. Je přípustná lineární interpolace.
7. Tabelární hodnoty tloušťky izolace
V tabulkách 3 až 5 jsou uvedeny tloušťky izolace pro příslušné izolační třídy podle vodivosti materiálu a průměru potrubí.
Veličiny uvedené v tabulkách znamenají:
- UL
- lineární součinitel vedení tepla pro trubky [W/mK]
- λ
- součinitel tepelné vodivosti izolačního materiálu [W/mK]
- d1
- vnější průměr potrubí [mm]
- plochý
- tyto tvary platí pro ploché povrchy
| d1 [mm] | Izolační třída 1 | Izolační třída 2 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UL [W/mK] | λ [W/mK] | UL [W/mK] | λ [W/mK] | |||||||
| 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | |||
| 10 | 0,25 | 1 | 3 | 6 | 11 | 0,23 | 2 | 5 | 8 | 14 |
| 20 | 0,29 | 5 | 7 | 11 | 16 | 0,25 | 7 | 12 | 19 | 27 |
| 30 | 0,32 | 8 | 12 | 17 | 23 | 0,28 | 11 | 17 | 25 | 36 |
| 40 | 0,35 | 10 | 14 | 20 | 28 | 0,30 | 14 | 21 | 30 | 42 |
| 60 | 0,42 | 12 | 18 | 26 | 37 | 0,36 | 17 | 26 | 37 | 50 |
| 80 | 0,48 | 14 | 22 | 31 | 41 | 0,41 | 20 | 29 | 41 | 54 |
| 100 | 0,55 | 15 | 23 | 32 | 44 | 0,46 | 22 | 32 | 43 | 57 |
| 200 | 0,88 | 19 | 26 | 35 | 46 | 0,72 | 27 | 37 | 49 | 62 |
| 300 | 1,21 | 21 | 29 | 39 | 50 | 0,98 | 28 | 39 | 51 | 64 |
| plochý | (1,17) | 22 | 30 | 37 | 45 | (0,88) | 31 | 41 | 51 | 62 |
| d1 [mm] | Izolační třída 3 | Izolační třída 4 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UL [W/mK] | λ [W/mK] | UL [W/mK] | λ [W/mK] | |||||||
| 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | |||
| 10 | 0,20 | 4 | 7 | 13 | 20 | 0,18 | 6 | 11 | 19 | 31 |
| 20 | 0,22 | 10 | 17 | 26 | 38 | 0,19 | 13 | 23 | 36 | 56 |
| 30 | 0,24 | 14 | 23 | 35 | 50 | 0,21 | 19 | 31 | 49 | 72 |
| 40 | 0,26 | 18 | 28 | 41 | 58 | 0,22 | 24 | 38 | 58 | 84 |
| 60 | 0,30 | 23 | 35 | 50 | 69 | 0,25 | 30 | 47 | 70 | 99 |
| 80 | 0,34 | 26 | 39 | 55 | 74 | 0,28 | 35 | 54 | 77 | 107 |
| 100 | 0,38 | 29 | 42 | 59 | 78 | 0,31 | 38 | 58 | 82 | 112 |
| 200 | 0,58 | 35 | 50 | 66 | 85 | 0,46 | 47 | 68 | 92 | 120 |
| 300 | 0,78 | 38 | 53 | 69 | 86 | 0,61 | 51 | 72 | 95 | 122 |
| plochý | (0,66) | 42 | 56 | 70 | 84 | (0,49) | 58 | 77 | 96 | 116 |
| d1 [mm] | Izolační třída 5 | Izolační třída 6 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| UL [W/mK] | λ [W/mK] | UL [W/mK] | λ [W/mK] | |||||||
| 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | |||
| 10 | 0,15 | 9 | 17 | 29 | 49 | 0,13 | 13 | 22 | 40 | 62 |
| 20 | 0,16 | 18 | 33 | 54 | 86 | 0,14 | 25 | 36 | 70 | 110 |
| 30 | 0,17 | 16 | 45 | 71 | 111 | 0,14 | 35 | 57 | 94 | 148 |
| 40 | 0,18 | 32 | 54 | 85 | 128 | 0,15 | 43 | 68 | 110 | 156 |
| 60 | 0,21 | 41 | 67 | 102 | 150 | 0,17 | 60 | 90 | 138 | 210 |
| 80 | 0,23 | 48 | 76 | 113 | 162 | 0,18 | 70 | 108 | 155 | 240 |
| 100 | 0,25 | 53 | 82 | 120 | 169 | 0,20 | 75 | 115 | 165 | 260 |
| 200 | 0,36 | 65 | 97 | 134 | 178 | 0,28 | 83 | 133 | 180 | 280 |
| 300 | 0,47 | 71 | 102 | 137 | 178 | 0,36 | 89 | 149 | 223 | 290 |
| plochý | (0,35) | 82 | 110 | 137 | 169 | (0,22) | 133 | 177 | 222 | 266 |
Posuzování tepelně izolačních vlastností teplovodního potrubí.
- Část 1 – Prostup tepla stěnou potrubí
- Část 2 – Teoretické zásady ochlazování vody při průtoku
- Část 3 – Příklad výpočtu exponenciálního průběhu ochlazování
- Část 4 – Navrhování tepelné izolace podle ČSN EN 12 828
- Část 5 – Příklady ochlazování potrubí u teplovodního vytápění
Předložený soubor článků řeší aplikaci teorie sdílení tepla na problematiku ochlazovaní teplovodního potrubí.
V první části je shrnuta obecná teorie prostupu tepla stěnou potrubí aplikovaná na rovinnou stěnu a potrubí kruhového průřezu. Závěr první části je zaměřen na stanovení součinitele prostupu tepla potrubí.
Druhá část článku řeší problematiku ochlazování potrubí v tepelné síti a aplikace teoretických postupů na ochlazování cirkulačního potrubí teplé vody.
Třetí část na příkladu exponenciálního průběhu ochlazování za různých extrémních okrajových podmínek demonstruje účinek tepelné izolace potrubí a v závěrech jsou shrnuty hlavní faktory ovlivňující ochlazování potrubí s teplonosnou látkou.
Ve čtvrté části pak autor řeší otázky spojené s normovým návrhem tepelné izolace potrubí tepelných soustav v budovách a v přehledných tabulkách uvádí základní parametry a hodnoty potřebné pro výpočet.
V závěrečné, páté části článku jsou aplikovány teoretické principy na teplovodní otopnou soustavu a je zdůrazněn vazba mezi tepelnou ztrátou potrubní sítě a rychlostí proudění teplonosné látky.
Soubor článků představuje ucelený pohled na teorii i praxi problematiky izolace potrubí s podrobným teoretickým základem i příklady aplikace. Doporučuji k publikaci.Article features universal fundamentals and standards of proposal heat isolation of tube which are presented in CSN EN 12 828. Parameters of heat isolation are defined in tables for insulative classes according to operational parameter.