Těsnost vzduchotechnického potrubí a potřeba tepla

1. Úvod

Testování vzduchotěsnosti potrubí na stavbě je standardem ve zdravotnických zařízeních a výrobních provozech. Motivací pro měření těsnosti v administrativní budově jsou zejména úspory energií z hlediska dlouhodobého provozu. Nadměrné úniky vzduchu z potrubí vedou k naddimenzovaným VZT jednotkám, větší spotřebě energie ventilátory a ke zvýšení jejich hlučnosti. V neposlední řadě se při závěrečném regulování a zprovoznění budovy nestane, že není možné naměřit požadované průtoky vzduchu na distribučních elementech.

Článek se v první části věnuje normám, které stanovují zkušební postupy, měřicí metody a limity vzduchotěsnosti čtyřhranného potrubí vzduchotechniky. Druhá část článku je zaměřena na stanovení technologického postupu výroby a montáže vzduchotechnického potrubí. Požadavky byly stanoveny na základě přípravného měření referenčního úseku potrubí ve výrobně tak, aby těsnost splňovala požadavky předpisů Leed pro administrativní budovu. Stručně jsou uvedeny výsledky měření vzduchotěsnosti na stavbě. Závěrečná část článku stručně popisuje růst tepelných ztrát netěsnostmi v potrubí.

2. Normové požadavky

V této kapitole jsou shrnuty normové požadavky na měření těsnosti čtyřhranného vzduchotechnického potrubí a jejich vyhodnocení.

2.1. ČSN EN 12599 Zkušební postupy a měřicí metody pro přejímky instalovaných větracích a klimatizačních zařízení

Tato norma stanovuje metody kontroly, zkušební metody a měřicí přístroje, které slouží k ověření způsobilosti instalovaných zařízení v době přejímky. Jako první by měla být provedena kontrola úplnosti VZT systému, poté kontrola funkčnosti a nakonec měření funkčnosti. Norma se vztahuje na větrací a klimatizační systémy navržené za účelem zajištění tepelné pohody v nebytových objektech.

Měření funkčnosti potrubí nastává po instalaci tak velkého úseku potrubí, které je zařízení schopno změřit. V první řadě musí být zaslepeny všechny otvory. Měřicí zařízení má být připojeno k utěsněnému systému vzduchovodu. Měřícím zařízením by měl být vytvořen takový tlakový rozdíl nad atmosférický tlak, který v rozvodu nastává při běžném provozu.

2.2. ČSN EN 1507 Větrání budov – Kovové plechové potrubí pravoúhlého průřezu – Požadavky na pevnost a těsnost

Tato evropská norma specifikuje požadavky a testovací metody pro pevnost a únik vzduchu čtyřhranným potrubím. Cílem normy je stanovit pevnost a těsnost potrubí takovou, která zajistí vhodné parametry pro dané využití.

Třídění potrubí do tříd vzduchotěsnosti je uvedeno v tabulce 1.

Tab. 1) Limity vzduchotěsnosti dle normy ČSN EN 1507

Kategorie těsnosti	Limit vzduchotěsnosti fmax [m3.s-1.m-2]	Mez statického tlaku PS [Pa]
		Tlakové stupně - podtlak	Tlakové stupně - přetlak
			1	2	3
A	0,027xptest0,65x10-3	200	400	-	-
B	0,009xptest0,65x10-3	500	400	1000	2000
C	0,003xptest0,65x10-3	750	400	1000	2000
D	0,001xptest0,65x10-3	750	400	1000	2000

Limit vzduchotěsnosti označený f, by měl být nižší než maximální limit vzduchotěsnosti f_max podle tabulky 1 pro každý testovaný tlak p_test, který se rovná pracovnímu přetlaku p_design. Tento požadavek by měl být splněn pro podtlak i přetlak v potrubí. Potrubí by mělo odolat tlaku PS bez trvalé deformace nebo náhlého zvýšení úniku vzduchu. Při testování na nejvyšší tlaky by se spoje na testovaném potrubí neměly vychýlit o více než 1/250 nejdelší strany.

V první řadě by měřený úsek potrubí měl být těsně oddělen od ostatních rozvodů. Minimální testovaná plocha potrubí se doporučuje 10 m². Měřený úsek by měl obsahovat více rozměrů potrubí a tvarovek. Zkušební tlak musí být vyšší než návrhový. Testovaný tlak by měl být udržen v potrubí po dobu 5 minut s odchylkou max. ± 5 %.

Pokud teplota vzduchu není 20 °C a barometrický tlak není 101 325 Pa, je nutné naměřený únik vzduchu přepočítat podle vzorce (1).

(1)

kde:

qv	Faktor vzduchotěsnosti potrubí za daného přetlaku	[m3.s-1]
qmeasured	Faktor vzduchotěsnosti před opravou	[m3.s-1]
p	Barometrický tlak	[Pa]
t	Teplota vzduchu	[°C]

2.3. Předpis Eurovent 2/2 Vzduchotěsnost plechových rozvodů vzduchu

Ačkoliv se úniky vzduchu objevují v podélných spojích potrubí a ve spoji jednotlivých dílů, je faktor těsnosti vztažen k ploše potrubí. Je zřejmé, že k určitému úniku vzduchu na potrubí standardního VZT potrubí bude docházet vždy. Poškození potrubí nevhodnou manipulací při transportu, skladováním a při montáži se riziko úniku vzduchu rychle zvyšuje.

V případě kruhového potrubí by mělo být testováno 10 % rozvodů, pro čtyřhranné potrubí alespoň 20 %.

Minimalizace úniku vzduchu je vyžadována z těchto důvodů:

• Vyhnout se naddimenzování VZT jednotky a zvyšování spotřeby energie k úpravě vzduchu.
• Vyhnout se zvýšení pracnosti a nákladů v důsledku dodatečného utěsnění potrubí v provozech, kde je vyžadována vysoká těsnost.
• Minimalizovat hluk související s úniky vzduchu.

Experimenty prokázaly, že pro:

• široký rozptyl rozměrů potrubí (různé plochy příčného řezu),
• různé metody výroby, těsnění
• a v případě, že minimální statický tlak není menší než polovina maximálního statického tlaku,

platí, že f·p^0,65 je konstantní (pro standardní podmínky provozu).

Tudíž měření statického tlaku instalovaného potrubí na stavbě může být uvažováno jako dostačující test vzduchotěsnosti za daných provozních podmínek.

f	Faktor těsnosti vyjádřený jako míra úniku vzduchu na jednotku plochy potrubí	[m3.m-2.s-1]
p	Přetlak vzduchu v potrubí	[Pa]

V tabulce 2 jsou vidět maximální povolené úniky vzduchu tří kategorií pro standardní měřené přetlaky.

Tab. 2) Faktor vzduchotěsnosti dle předpisu Eurovent 2/2.

Třída	Max. faktor těsnosti f	Přetlak vzduchu v potrubí PS
	[m3.m-2.s-1]	2000 Pa	1000 Pa	400 Pa	200 Pa
A	fA	-	2,4.10-3	1,32.10-3	0,84.10-3
B	fB	-	0,8.10-3	0,44.10-3	0,28.10-3
C	fC	0,42.10-3	0,28.10-3	0,15.10-3	-

2.4. ČSN EN 13779 Větrání nebytových prostor – Základní požadavky na větrací a klimatizační systémy

Předpis stanovuje základní požadavky na větrací a klimatizační zařízení v nebytových objektech. Předpis pracuje s obecným požadavkem testování těsnosti s cílem uspoření energie prostřednictvím dobře fungujícího vzduchotechnického systému. Jsou zde uvedeny předpisy pro navrhování systému s nuceným přívodem a odvodem vzduchu.

2.5. Požadavky LEED certifikace

Základní požadavky na těsnost a provádění VZT potrubí stanovují Leed předpisy [5]:

• Těsnění VZT potrubí, minimalizace ztrát vzduchu k potrubních systémech.
• Požadavek a těsnost klapek a tvarovek.
• Měření těsnosti potrubí u více než 25 % z celkové instalované plochy potrubí.

Špatnou montáží potrubí a špatným utěsněním lze ztratit až 30 % dopravovaného a upraveného vzduchu. Při závěrečném vyvažování systému, na stavbě naměřené nedostatečné průtoky vzduchu oproti projektu není možné nahradit zvyšováním výkonu ventilátoru ve VZT jednotce. Tímto řešením se zvyšují rychlosti proudění vzduchu v jednotce i v potrubí, nárůst tlakových ztrát, navyšuje se hlučnost a spotřeba energie na úpravu vzduchu.

Měření těsnosti by mělo být prováděno v tom stádiu stavby, kdy případné opravy systému mohou být snadno provedeny.

Maximální dovolený únik vzduchu L_max může být stanoven podle vzorce (2).

(2)

kde:

CL	Třída úniku vzduchu při 1 Pa, stanovena hodnota 8 pro čtyřhranné potrubí, hodnota 4 pro kruhové potrubí	[l.s-1.m-2]
p	Testovaný tlak	[Pa]

2.6. Shrnutí

Výše uvedený souhrn informací z uvedených norem zavádí metody a postupy při měření vzduchotěsnosti čtyřhranného potrubí vzduchotechniky. Srovnání tříd těsnosti podle jednotlivých norem je uvedeno v tabulce 3.

Tab. 3) Shrnutí normových kategorií a tříd vzduchotěsnosti.

Limit faktor vzduchotěsnosti fmax [l.s-1.m-2]	Třída těsnosti podle EN12237 a EN1507	Třída těsnosti podle Eurovent 2/2	Původní třída těsnosti podle DIN 24194 část 2
0,027 x ptest0,65	A	A	II
0,009 x ptest0,65	B	B	III
0,003 x ptest0,65	C	C	IV
0,001 x ptest0,65	D

Srovnání obvodu kruhového a čtyřhranného potrubí pro stejné průtoky vzduchu a rychlost v potrubí 0,5 [m.s^-1] je uvedeno na obrázku 1.

3. Příprava technologického postupu výroby potrubí

Čtyřhranné potrubí se vyrábí z ocelového hlubokotaženého pozinkovaného plechu. Ke spojování se požívají přírubové lišty. Přírubové profily jsou k potrubí upevněny vzájemným prolisováním nebo mohou být podle požadavku bodovány. Potrubí větších rozměrů se dodatečně zpevňuje trubkovými výztuhami podle technického předpisu výrobce. Výztuhy jsou tvořeny pozinkovanou trubkou, nylonovým středovým křížením a uchycením do pláště.

Technologický postup montáže potrubí z pozinkovaného plechu pro dosažení požadované těsnosti byl vytvořen před montáží na stavbě. Potrubí bylo měřeno na přetlak 400 [Pa]. Výpočetní maximální dovolený únik vzduchu je podle vzorce 2 pro tento přetlak 0,393 [l.s^-1.m^-2].

Jako zkušební vzorek byl vybrán úsek potrubí, na kterém byl měřen přetlak:

1. poprvé s gumovým těsněním na spojích jednotlivých dílů,
2. podruhé s utěsněnými spoji jednotlivých dílů zvenku,
3. nakonec s utěsněnými podélnými spoji potrubí zevnitř, v rozích a v napojení odboček.

Pro těsnění byl použit neutrální silikon s VOC nižší než 420 [g.l^-1], trvale pružný tmel s dlouhodobou životností. [8]

Při měření byl v potrubí udržován přetlak 400 [Pa] v rozsahu ± 5 % po dobu 5 minut. Vstupním údajem je také měřená plocha potrubí. Po uplynutí této doby přístroj sám vyhodnotil výsledky z měření a vytisknul zjednodušený protokol s naměřenými údaji a úniky vzduchu.

Při první sadě měření na potrubí s gumovým těsněním ve spojích dílců nebylo možné měřicím zařízením dosáhnout požadovaného přetlaku. Úniky vzduchu byly pozorovány, při rozprašování mýdlové vody na potrubí, ve všech spojích. [8]

V druhém měření bylo potrubí doplněno silikonem na přírubách. Měřicí přístroj byl schopen vytvořit požadovaný přetlak v potrubí, ale výsledná hodnota netěsnosti byla 0,450 [l.s^-1.m^-2]. Tento způsob těsnění potrubí byl vyhodnocen jako nedostačující. [8]

Poslední provedená měření byla na potrubí s doplněným těsněním ve spojích dílů, na podélných spojích na vnitřní straně a také po celém obvodu kolen a ohybů. Byl naměřen únik vzduchu potrubím 0,330 [l.s^-1.m^-2]. Požadovanému maximálnímu dovolenému úniku vzduchu vyhovovalo až poslední měření. [8]

4. Měření těsnosti vzt potrubí na stavbě

Předpisy Leed požadují provést měření na min. 25 % rozvodu VZT. Aby byl tento požadavek splněn, bylo pro stoupací potrubí přívodního vzduchu provedeno měření těsnosti na stavbě. Na obrázku 3 jsou fotografie z jednoho měření. Potrubí bylo měřeno na přetlak 400 Pa. Výpočetní maximálního dovoleného úniku vzduchu je podle vzorce 2 pro tento přetlak 0,393 [l.s^-1.m^-2]. [8]

5. Nárůst tepelných ztrát nadlimitními úniky vzduchu potrubím

Vliv úniku upraveného vzduchu při distribuci na tepelnou ztrátu potrubí byl zjišťován výpočetně. Výpočet je proveden pro potrubí o rozměru 450x560 [mm], délky 10 [m], plocha potrubí 20,2 [m²], projektovaný průtok vzduchu 1000 [m³.h^-1]. Potrubím je distribuován vzduch o teplotě 22 °C a relativní vlhkosti 50 %. Teplota okolního vzduchu 18 °C, relativní vlhkost 40 % (uvažována chodba, šachta atd.).

V grafu na obrázku 4 je vidět průběh tepelné ztráty potrubím při snižující se těsnosti. Teoretická těsnost rozvodu (průtok vzduchu projektovaných 1000 m³.h^-1), tedy únik vzduchu 0 [l.s^-1.m^-2], je použit jako srovnávací hodnota. Výpočet byl proveden pro potrubí s tepelnou izolací z minerální vlny tloušťky 30 [mm] a bez tepelné izolace.

Tepelná ztráta by pro výše popsaný úsek VZT rozvodu s tepelnou izolací při úniku vzduchu 0,347 [l.s^-1.m^-2] vzrostla o pouhá 3 %, při úniku vzduchu 0,891 [l.s^-1.m^-2] již o 8 % a v případě vysokého úniku vzduchu 2,475 [l.s^-1.m^-2] by nárůst byl o 18 %.

6. Závěr

S rostoucími požadavky na účinnost VZT jednotek souvisí nutnost zabývat se i technickým provedením rozvodů vzduchu. Pro splnění požadavků certifikace Leed pro administrativní budovy bylo požadováno měření těsnosti čtyřhranného vzduchotechnického potrubí v minimálním rozsahu 25 % z celkové instalované plochy. Před začátkem montáže bylo nutné připravit takový technologický postup výroby a instalace na stavbě, aby požadavky certifikace mohly být splněny. Zkušebním měřením ve výrobně bylo zjištěno, že je nutné utěsnit podélné spoje potrubí z vnitřní strany, oblouky po celé délce, napojení dílů a tvarovek na sebe trvale pružným tmelem. Následná zkušební měření na stavbě potvrdila, že tento způsob montáže splňuje dané požadavky. Motivací pro takto těsné potrubí v administrativní budově jsou zejména dosažitelné projektované průtoky vzduchu na distribučních elementech a úspora energie při provozu optimálně dimenzovaných vzduchotechnických jednotek.

Poděkování

Tento příspěvek vzniknul za podpory studentského grantu SGS ČVUT.

Literatura

[1]	ČSN EN 12599 Zkušební postupy a měřicí metody pro přejímky instalovaných větracích a klimatizačních zařízení. Účinnost od 1. 6. 2013.
[2]	ČSN EN 1507 Větrání budov – Kovové plechové potrubí pravoúhlého průřezu – Požadavky na pevnost a těsnost. Účinnost od 1. 10. 2016.
[3]	Předpis Eurovent 2/2 Vzduchotěsnost plechových rozvodů vzduchu.
[4]	ČSN EN 13779 Větrání nebytových prostor – Základní požadavky na větrací a klimatizační systémy. Účinnost od 1. 2. 2016.
[5]	Předpisy Leed. Leadership in Energy and Environmental Design.
[6]	Svobodová, L. Němeček, S. Úspora energie ve vzduchotechnice a klimatizačních systémech. TZB-info.cz. 1. 9. 2008.
[7]	Zmrhal, V. Normy z oboru větrání a klimatizace. 20. Konference Klimatizace a větrání 2012.
[8]	EQOS Energie Česko spol. s r.o., Dobronická 1256, 148 00 Praha 4 – Kunratice
[9]	Fotografie autorovy vlastní.