Energetické úspory vďaka tepelnej izolácii potrubných systémov

Nekvalitne izolované potrubné rozvody, prípadne neizolované potrubné rozvody, ktorými prechádzajú teplonosné látky, prispievajú k zvýšenej energetickej náročnosti budov.

Nové progresívne systémy rozvodov studenej, teplej vody vetrania alebo vykurovania sa aj v súčasnosti stále nedôsledne izolujú nevhodnými izolačnými materiálmi alebo nedostatočnou hrúbkou izolácie, ktorá sa často určuje len empiricky. Napríklad nevhodne použitými minerálnovláknitými materiálmi na rozvodoch chladiacich potrubí sa pritom zapríčiňuje nielen korózia oceľových, medených potrubí, ale aj zatekanie podhľadov, vytváranie kondenzačných zón a vlhkých priestorov, často s vhodnými podmienkami pre vznik plesní. Použitie nevhodného druhu tepelnej izolácie a jej nevhodnej hrúbky môže viesť v niektorých prípadoch k znehodnoteniu stavby ako celku.

Rozdelenie tepelných izolácií

Pod tepelnou izoláciou v TZB rozumieme konštrukčnú sústavu, pozostávajúcu z tepelnoizolačnej vrstvy a povrchovej úpravy. Povrchovou úpravou sa vytvára plášť, chrániaci vlastnú izoláciu pred vonkajšími vplyvmi a dotvárajúci celkový estetický vzhľad izolovanej sústavy.

Prevádzková teplota
Z pohľadu prevádzkových teplôt treba rozlišovať [1]:

• izolácie pecí a kotlov vhodné pre teploty + 700 až + 1 200 °C,
• elektrárenské izolácie vhodné pre teploty + 200 až + 700 °C,
• izolácie rozvodov studenej a teplej vody vhodné pre teploty + 10 až + 80 °C,
• izolácie vykurovacích rozvodov vhodné pre teploty + 50 až + 200 °C,
• stavebné izolácie vhodné pre teploty –20 až + 50 °C,
• chladiarenské izolácie vhodné pre teploty okolo 0 °C,
• mraziarenské izolácie vhodné pre teploty 0 až – 60 °C.

Štruktúra tepelnoizolačného materiálu
Z hľadiska štruktúry ide o tepelnoizolačné materiály [2]:

• vláknité,
• tvarované,
• sypké.

Minerálna vlna (vlákna z vysokopecnej trosky), čadičová vlna (z čadičového štrku), a sklenená vlna (vlákna zo sklenených vlákien) sa zaraďujú medzi vláknité materiály anorganického pôvodu. Používajú sa aj ako zvukovopohltivé materiály. Medzi organické vláknité materiály sa zaraďuje napríklad drevená vlna, pazderie a iné. Tvarované materiály sú výrobky z kremeliny, z korku, výrobky penové, tvarované výrobky z vlákien a fóliové výrobky. Sypké výrobky slúžia prevažne na vytváranie sypaných vrstiev (napríklad škvára, expandovaný perlit a iné). V TZB sa používajú prevažne vláknité alebo tvarované tepelné izolácie.

Montážna technológia
Z hľadiska montážnej technológie sa tepelné izolácie delia na:

• vypchávané (z voľnej vlny alebo pásov z plsti),
• obaľované (z čiastočne prefabrikovaných prvkov),
• montované (z prvkov vyššieho stupňa prefabrikácie).

Tepelnoizolačné materiály sa používajú vo všetkých odvetviach TZB, to znamená v zdravotnej technike, vykurovaní, vetraní, chladení, technologických a priemyselných zariadeniach a podobne. Izolujú sa nimi všetky potrubia studenej a teplej vody, rozdeľovače, ohrievače a zásobníky teplej vody, armatúry, výmenníky, kotly, vetracie a klimatizačné jednotky, chladiace potrubia, kolektory, solárne systémy, tepelné čerpadlá. Tepelnoizolačné materiály sa aplikujú na všetky druhy potrubí a zariadení, ktoré môžu byť oceľové, medené, plastové, z pozinkovaného plechu a podobne.

Výber izolačného materiálu
Pri praktickom návrhu je často ťažké určiť uvedené okrajové podmienky, ktoré sa počas prevádzky veľmi často menia. V niektorých prípadoch treba vziať do úvahy nie priemerné, ale maximálne (havarijné) podmienky, ako je napríklad maximálna vlhkosť prostredia.

Tepelné izolácie sa volia podľa:

• účelu (na zníženie tepelných strát, proti kondenzácii vodnej pary na povrchu izolovanej sústavy, izolácia chladiacich potrubí),
• prevádzkových teplôt teplonosnej látky,
• teploty a vlhkosti vzduchu okolitého prostredia,
• tepelnofyzikálnych parametrov materiálu,
• životnosti a odolnosti materiálu,
• hygienických požiadaviek.

Používajú sa viaceré druhy tepelných izolácií, určené [1] na zníženie tepelných strát potrubí a zariadení alebo proti kondenzácii na potrubí a zariadeniach.

Vhodný druh tepelnej izolácie sa musí voliť podľa účelu a prostredia, v ktorom sa izolovaná sústava bude prevádzkovať. Výber tepelnoizolačného materiálu ovplyvňuje:

• súčiniteľ tepelnej vodivosti λ,
• teplota teplonosnej (chladiacej látky),
• teplota okolitého prostredia,
• vlhkosť okolitého prostredia,
• životnosť izolácie,
• faktor difúzneho odporu μ,
• požiadavky na montáž a prevádzku,
• stupeň požiarnej bezpečnosti B.

Porovnanie vlastností rôznych izolačných materiálov je v tab. 1. Napríklad z požiarneho hľadiska sú vhodné izolačné materiály z minerálnych a sklenených vlákien.

Tab. 1 Porovnanie vlastností rôznych tepelnoizolačných materiálov

Pri voľbe tepelnej izolácie na zníženie tepelných strát možno v súčasnosti vyberať už zo širokej škály materiálov, pozri tab. 2.

Tab. 2 Výber tepelnoizolačného materiálu podľa účelu v TZB

Hodnota súčiniteľa tepelnej vodivosti λ sa pri kvalitných materiáloch pohybuje v rozmedzí 0,03 až 0,05 W/(m . K). Pri nižších teplotách do 90 °C, ktoré sú charakteristické pre najväčší počet potrubných systémov a zariadení v budovách, sa odporúča voliť progresívne novšie materiály z polyuretánov, polyetylénov alebo elastomérov (kaučukov). Sú to materiály vhodné na izoláciu tepelných rozvodov vykurovania, teplej vody, teplovzdušných vetracích systémov. Sú vhodné aj na izoláciu zásobníkových ohrievačov teplej vody. Pre potrubia menších priemerov do menovitej svetlosti DN 100 sa odporúča používať izolačné hadice alebo tvarovky z polyuretánov, polyetylénov alebo kaučukov, pre väčšie plochy zásobníkových ohrievačov a nádrží sú vhodné veľkoplošné pásy.

Príklady rôznych technických izolácií sú na obr. 1a, b až 5. Izolovať sa musia aj všetky tvarovky a armatúry na potrubiach.

Obr. 1 a,b Príklady tepelných izolácií s povrchovou úpravou z PVC, vhodných do suterénnych priestorov
Obr. 2 Tepelná izolácia z elastoméru bez povrchovej úpravy na rozvodoch studenej, teplej vody a cirkulácie	Obr. 3 Tepelná izolácia z minerálnej vlny pre veľkoplošné potrubie vetrania s povrchovou hliníkovou fóliou
Obr. 4 Izolácia potrubí z elastoméru s povrchovou úpravou z hliníkovej fólie (exteriér)	Obr. 5 Izolácia potrubí teplej vody a vykurovania z polyetylénu

Pre vyššie teploty od 120 °C až 600 °C treba voliť klasické minerálnovláknité materiály. Tieto izolácie sú objemnejšie, majú zložitejšiu a prácnejšiu montáž povrchovej úpravy. Sú vhodné na izoláciu kotlov, výmenníkov, horúcovodných a parných potrubných systémov. Sú vhodné aj pre väčšie priemery potrubí, majú veľmi dobré požiarne vlastnosti.

Armatúry a zariadenia nepravidelných a zložitejších tvarov je vhodné izolovať ľahkými ohybnými materiálmi na báze elastomérov. Izolačné materiály možno kombinovať, ako na obr. 3. Tepelná izolácia z kaučuku (čiernej farby bez ďalšej povrchovej úpravy) je vhodná pre tepelné zaťaženie do 115 °C, krátkodobo do 120 až 125 °C. Na obr. 6 možno vidieť túto izoláciu použitú na rozdeľovačoch a uzatváracích armatúrach, kombinovanú s izoláciou z polyetylénu (bledosivej farby) na potrubiach s teplonosnou látkou s teplotou do 90 °C.

Izolácia na zníženie tepelných strát
Podľa tab. 2 je zrejmé, že v súčasnosti možno vyberať z množstva izolácií. Vhodný izolačný materiál sa volí s ohľadom na prevádzkovú teplotu teplonosnej látky, náročnosť montáže, a výšku investičných nákladov. Okrem správneho výberu materiálu treba navrhnúť optimálnu hrúbku tepelnej izolácie.

Problematika hrúbky tepelných izolácií vnútorných potrubných rozvodov a zariadení v budovách nie je doposiaľ legislatívne upravená. Všeobecne platnými článkami o potrebe izolovania potrubí v TZB sa návrh správnej hrúbky podľa tepelnotechnických výpočtov ponecháva na projektanta. Neposkytujú však smerné (prípustné) hodnoty tepelných strát pre jednotlivé izolované sústavy v budovách. Podrobný tepelnotechnický výpočet hrúbky tepelnej izolácie a výpočet tepelných strát stanovuje STN EN ISO 12 241: 2009: Tepelná izolácia technických zariadení budov a priemyselných inštalácií. Výpočtové pravidlá.

Pri návrhu hrúbky izolácie zásobníkových ohrievačov teplej vody sa vychádza z dovolenej dennej tepelnej straty zásobníkov, ktorú stanovuje STN 06 1010: 1987: Zásobníkové ohrievače vody s parným a vodným ohrevom a kombinované s elektrickým ohrevom. Príklady potrubí izolovaných proti stratám tepla sú na obr. 7a, b.

Obr. 7a, b Príklady tepelných izolácií potrubí vykurovania a teplej vody

Pri návrhu hrúbky tepelnej izolácie potrubia teplej vody a cirkulácie treba znížiť tepelné straty na minimum. V budovách sa berú do úvahy tepelné straty na izolovanom potrubí do DN 50 okolo 8 až 15 W/m, nad DN 50 približne 15 až 25 W/m. Pri energetickej certifikácii budov sa podľa vyhlášky Ministerstva výstavby a regionálneho rozvoja SR číslo 311/2009 Z. z., ktorou sa vykonáva zákon číslo 555/2005 Z. z. o energetickej hospodárnosti budov a o zmene a doplnení niektorých zákonov, zohľadňuje lineárny tepelný tok (tepelné straty) pre potrubia teplej vody a cirkulácie v budovách 10 W/m, čo predstavuje približne rovnakú hrúbku izolácie, ako je priemer potrubia, teda pomer 1 : 1. Pre tepelné izolácie potrubí vykurovania neexistuje právny predpis ani technická norma.

Pokiaľ ide o rozvody teplej vody a vykurovania v budovách, odporúčajú sa hrúbky tepelnej izolácie potrubí podľa menovitej svetlosti potrubia a podľa typu uloženia potrubia vzhľadom na stavebnú konštrukciu. Odporúčané minimálne hrúbky tepelnej izolácie potrubí na rozvodoch teplej vody a vykurovania sú uvedené v tab. 3 [1].

Tab. 3 Hrúbka tepelnej izolácie na potrubí teplej vody a vykurovania

Uvedené hrúbky tepelnej izolácie vychádzajú z hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti λ = 0,035 W/(m . K). Treba si uvedomiť, že tepelné izolácie s vyššou hodnotou λ budú mať väčšiu hrúbku a musia sa prepočítať.

Tepelné izolácie potrubí studenej vody a chladenia

Ide o izolovanie potrubí a zariadení s pracovnou teplotou látky nižšou než je teplota okolia. Hlavnou úlohou izolácií v chladiarenskej technike je spoľahlivo zabrániť kondenzácii vodnej pary na vonkajšom povrchu izolovanej sústavy.

Odporúča sa používať materiály s vysokou odolnosťou proti difúzii vodných pár, a teda s najvyššou hodnotou faktora difúzneho odporu μ. Pre tieto izolácie je rovnako dôležitá aj bezpečná a spoľahlivá aplikácia (montáž). Vysokú odolnosť proti difúzii vodných pár musí mať po aplikácii izolačného materiálu nielen celý systém, ale aj jednotlivé spoje. Materiály s nízkym faktorom difúzneho odporu sa nesmú použiť bez parotesnej vrstvy (parozábrany), pretože by došlo k rýchlej absorpcii vlhkosti, a tým k zhoršeniu tepelnoizolačných vlastností. Z tohto dôvodu nie je vhodné použiť na izolovanie chladiacich potrubí minerálnovláknité izolácie. Rovnako nie sú vhodné ani izolácie na báze polyetylénu, a to aj napriek tomu, že je polyetylén dostatočne odolný proti difúzii vodných pár a má aj prijateľnú hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti. Ako všetky nepolárne plasty sa však polyetylén ťažko lepí. Tým nemožno vytvoriť dostatočne tesné spoje a zabrániť tak prenikaniu vodných pár do izolácie. Ďalšou nevýhodou polyetylénu je jeho zmrašťovanie pri meniacich sa teplotách, nižšia pružnosť a nižšia ohybnosť, ako majú napríklad elastoméry.

Na izolovanie chladiacich potrubí a zariadení sú najvhodnejšie elastoméry (syntetické kaučuky), obr. 8. Elastoméry majú vysoké hodnoty faktora difúzneho odporu a zároveň nízke hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti. Aj v tejto skupine izolácií však existujú značné rozdiely v kvalite materiálov. Niektoré druhy elastomérov dosahujú hodnoty µ až do 7 000 a hodnota λ je pri 0 °C znížená až na 0,035 W/(m . K). Obidve hodnoty musia byť experimentálne potvrdené.

V súlade s STN EN 806–2: 2005: Technické podmienky na zhotovovanie vodovodných potrubí na pitnú vodu vnútri budov. Časť 2: Navrhovanie treba izolovať všetky vodovodné potrubia v budovách, a teda aj potrubia studenej vody proti orosovaniu. Na ochranu potrubia studenej vody proti kondenzácii sa v praxi odporúčajú minimálne hrúbky izolácie podľa tab. 4. Hrúbky izolácie platia pre materiály s λ = 0,040 W/(m . K) [1].

Tab. 4 Hrúbka tepelnej izolácie pre potrubie studenej vody


Záver
Tepelná izolácia má zabrániť úniku tepla alebo chladu do okolitého prostredia a udržiavať teplotu teplonosnej prípadne chladiacej látky v potrubí alebo zariadení. Pre hospodárnosť prevádzky zariadenia po stránke tepelnotechnickej má rozhodujúci význam správny výber izolačného materiálu, presný tepelnotechnický výpočet a účelne zhotovená izolácia.

Príspevok je spracovaný v rámci projektu VEGA 1/0730/08.

TEXT: doc. Ing. Jana Peráčková, PhD.
FOTO: archív autorky

Autorka pracuje na Katedre technických zariadení budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Recenzoval prof. Ing. Jaroslav Valášek, PhD., ktorý pracuje na Katedre technických zariadení budov Stavebnej fakulty STU v Bratislave.

Literatúra:
1.    Tomašovič, P., Beťko, B., Peráčková, J.: Zvuková a tepelná ochrana v budovách. STU Bratislava, 2006.
2.    Fraňo, V. a kol.: Stavebné látky. Alfa, Bratislava 1984.

Článok bol uverejnený v časopise Stavebné materiály.