Izolacja rur w instalacji grzewczej

Jak być powinno
Prawo nakłada obowiązek stosowania odpowiednich zabezpieczeń cieplnych instalacji grzewczej:

• Rozporządzenie Ministra Infrastruktury w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie mówi:  "Izolacja cieplna instalacji ogrzewczej wodnej powinna odpowiadać wymaganiom Polskiej Normy dotyczącej izolacji cieplnej rurociągów, armatury i urządzeń [...]".
  Oznacza to obowiązek zastosowania normy: PN-B-02421:2000 Izolacja cieplna przewodów, armatury i urządzeń. Wymagania i badania odbiorcze;
• Rozporządzenie mówi też: "Izolacje cieplne i akustyczne zastosowane w instalacjach: wodociągowej, kanalizacyjnej i ogrzewczej powinny być wykonane w sposób zapewniający nierozprzestrzenianie ognia."

W instalacji grzewczej muszą być izolowane przewody, kształtki i połączenia, w następujących sytuacjach:

• w części instalacji w pomieszczeniach nieogrzewanych i w pomieszczeniach źródeł ciepła;
• na przewodach pionów prowadzonych po wierzchu ścian w pomieszczeniach ogrzewanych,
  w których temperatura obliczeniowa ti<12°C. Jeśli koszty zużycia ciepła w budynku są rozliczane na podstawie podzielników ciepła, zaleca się stosowanie izolacji także w pomieszczeniach, gdzie ti ≥12°C. W pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt stały ludzi należy stosować materiały izolacyjne posiadające atest higieniczny.

Właściwa izolacja cieplna

Aby izolacja cieplna dobrze spełniała swą rolę powinna odznaczać się następującymi cechami:

• niski współczynnik przenikania ciepła λ [W/(m·K)] - im niższa wartość, tym mniejsze przenikanie ciepła, a więc lepsze własności izolacyjne materiału;
• odporność na wysokie temperatury (maksymalną temperaturę eksploatacji) oraz różnice temperatur - własność ta zapewnia niezmiennie dobrą pracę i zachowanie właściwości materiału niezależnie od temperatury;
• odporność na działanie wody i otoczenia - w tym na działanie mikroorganizmów i gryzoni;
• niepalność lub bardzo niska palność (co najmniej nierozprzestrzenianie ognia);
• obojętność chemiczna wobec izolowanego materiału;
• odporność na obciążenia statycznie i dynamiczne podczas montażu i pracy - w tym wysoka elastyczność (pod wpływem temperatury rury rozszerzają się - izolacja powinna więc "pracować");

Zadaniem izolacji cieplnej jest ograniczenie strat przesyłanego lub magazynowanego ciepła. Izolacja cieplna składa się z dwóch warstw:

• właściwa izolacja cieplna, która musi charakteryzować się niskim współczynnikiem przenikania ciepła;
• płaszcz ochronny - chroni izolację właściwą przed uszkodzeniami mechanicznymi i oddziaływaniem środowiska.

Materiały na właściwą izolację cieplną
Materiały stosowane jako izolacje instalacji grzewczych są do siebie zbliżone pod względem opisanych właściwości. Pozostałe cechy materiałów (przede wszystkim zachowanie wobec wody
i pary wodnej, np. opór dyfuzyjny i wodochłonność) są zróżnicowane - wpływa to na zakres stosowania poszczególnych materiałów.
Najczęściej stosuje się następujące materiały:

• porowate tworzywa sztuczne (spieniony polietylen, styropian);
• pianka poliuretanowa natryskiwana na izolowaną powierzchnię.
• materiały włókniste (wełna mineralna i szklana pod warunkiem uzyskania certyfikatu bezpieczeństwa "B")

Materiały te mogą występować w postaci mat, płyt, filców, otulin i odpowiednich kształtek izolacyjnych. Dostępne są też rury preizolowane, na które otulina założona jest fabrycznie.

Polietylen spieniony charakteryzuje się następującymi cechami:

• współczynnik przewodności cieplnej dla t = +40ºC od 0,035 do 0,045 W/(m·K);
• temperatura pracy od -45ºC do +105ºC;
• duża elastyczność;
• wysoki współczynnik oporu dyfuzyjnego pary wodnej;
• różne wykonania zależnie od zastosowania: np. zewnętrzna powłoka z folii polietylenowej,
  co ułatwia prowadzenie podtynkowe.

Poliuretan spieniony charakteryzuje się następującymi cechami:

• współczynnik przewodności cieplnej t = +40ºC od 0,03 do 0,04 W/(m·K);
• temperatura pracy od -45ºC do +135ºC;
• dźwiękochłonność;
• mniejsza odporność na zawilgocenie;
• różne wykonania zależnie od zastosowania: np. wyposażenie w płaszcz ochronny PVC

Polistyren spieniony charakteryzuje się następującymi cechami:

• współczynnik przewodności cieplnej t = +40ºC od 0,03 do 0,04 W/(m·K);
• temperatura pracy do +80ºC;
• bardzo mały ciężar;
• stosowany głównie do kształtek izolacyjnych.

Wełna mineralna (skalna i szklana) przeznaczona jest przede wszystkim do stosowania w ciepłownictwie (rurociągi wysokotemperaturowe). Wełny cechują się bardzo dobrą odpornością ogniową (wełna skalna  do 1000ºC, wełna szklana do 600°C), niepalnością i odpornością na działanie mikroorganizmów i gryzoni. Współczynnik przewodności cieplnej  dla otulin z wełny mineralnej, mierzony w temperaturze +200ºC, wynosi około 0,060 W/(m·K).

Ochrona kształtek i armatury
Na kształtki i armaturę stosuje się specjalne kształtki wykonane ze sztywnych porowatych materiałów izolacyjnych. Kształtki izolacyjne składają się z dwóch lub więcej części.
Zaleca się stosowanie kształtek o powierzchni zewnętrznej wzmocnionej włóknem szklanym
i z wykładziną wewnętrzną wykonaną np. z folii aluminiowej.

Kształtki izolacyjne powinny być mocowane taśmami z blachy stalowej ocynkowanej lub taśmą
z tworzywa sztucznego, z możliwością demontażu.
W przypadku izolacji zaworów i zasuw ich wrzeciona muszą pozostać odsłonięte.
Nie izoluje się zaworów bezpieczeństwa.

Płaszcz ochronny
Zadaniem płaszcza ochronnego jest chronić warstwę izolacji właściwej przed wpływami środowiska oraz uszkodzeniami mechanicznymi. Materiał na płaszcz powinien cechować się następującymi cechami:

• odporność na działanie wody i otoczenia - w tym na działanie mikroorganizmów i gryzoni;
• niepalność lub bardzo niska palność (co najmniej nierozprzestrzenianie ognia);
• odporność na obciążenia statyczne i dynamiczne podczas montażu i pracy

Płaszcze ochronne - postaci arkuszy - mogą być wykonane z następujących materiałów:

• taśma aluminiowa;
• folia z tworzyw sztucznych;
• papa asfaltowa na taśmie aluminiowej;
• blacha stalowa ocynkowana.

Płaszcz z blachy stalowej ocynkowanej powinien być mocowany siatką ze stali ocynkowanej lub tworzyw sztucznych, jeśli średnica zewnętrzna nałożonej izolacji przekracza 279 mm. Średnica ta jest też wymiarem granicznym do stosowania konstrukcji wsporczych - zapewniają one właściwe mocowanie izolacji do chronionych elementów. Powinny być rozmieszczone do 1 m.
Jeśli płaszcz jest wykonany z materiału nieprzepuszczającego wody, należy zamontować przekładki lub opaski wentylacyjne.
Kolejne arkusze płaszcza ochronnego powinny być łączone na zakład i mocowane wkrętami zabezpieczającymi przed korozją.

Zasady montażu
Izolację cieplną montuje się na suchą i oczyszczoną powierzchnię rur po:

• montażu odcinka lub urządzenia;
• próbie szczelności;
• zabezpieczeniu antykorozyjnym;
• odbiorze technicznym potwierdzonym protokołem odbioru.

Styki czołowe dwóch odcinków izolacji powinny przylegać do siebie ściśle, a styki wzdłużne powinny być przesunięte względem siebie o kąt 10-15º. Dopuszczalne odchyłki grubości instalacji wynoszą od -5 do +10%.

Grubość izolacji (warstwy właściwej)
Grubość izolacji zależy od średnicy rury, temperatury transportowanej wody oraz od pomieszczenia, przez które biegną przewody. Norma PN-B-02421:2000 określa minimalne grubości dla izolacji
o współczynniku przenikania ciepła λ = 0,035 W/(m·K).

Tabela 1. Wymagania dla instalacji przechodzących przez pomieszczenia ogrzewane
o temperaturze ti ≥ 12ºC dla różnych temperatur wody grzewczej.

Tabela 2. Wymagania dla instalacji przechodzących przez pomieszczenia ogrzewane o temperaturze ti < 12ºC oraz nieogrzewane o ti ≥ -2ºC dla różnych temperatur wody grzewczej.

Tabela 3. Wymagania dla instalacji przechodzących przez pomieszczenia nieogrzewane
o temperaturze ti< -2º C dla różnych temperatur wody grzewczej.

Jeżeli współczynnik przenikalności cieplnej jest inny niż 0,035, należy wybrać grubość odpowiednią dla danej średnicy, temperatury i rodzaju pomieszczenia, a następnie wyliczyć właściwą grubość, korzystając ze wzoru:
e1 = D · [(D + 2e)/D](λ1/0,035) - 1]/2
e1 - właściwa grubość instalacji [mm]
D - średnica rury [mm]
e -  grubość izolacji dla λ = 0,035 W/(m·K) [mm]
λ1 - rzeczywisty współczynnik przenikalności cieplnej W/(m·K)

Przykład 1.
Jaka powinna być grubość izolacji z polietylenu o λ = 0,035 W/(m·K) dla pionu o średnicy 25 mm, który transportuje wodę grzewczą o temperaturze 95ºC i przechodzi przez klatkę schodową, gdzie temperatura obliczeniowa ti = 8ºC?

Wg. tabeli 2. określamy grubość izolacji dla λ = 0,035  - jest to 30 mm. Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:
e1 = 25 · [(25 + 2·30)/25](0,038/0,035) - 1]/2 = 34,70 mm.

Grubość izolacji będzie o ponad 4 mm większa.

Przykład 2.
Jaka powinna być grubość izolacji z poliuretanu o λ = 0,032 W/(m·K) dla przewodu o średnicy
15 mm, który transportuje wodę grzewczą o temperaturze 95ºC i przechodzi przez pomieszczenie, gdzie temperatura obliczeniowa ti = 20ºC?

Wg. tabeli 1. określamy grubość dla  λ = 0,035 W/(m·K) dla λ = 0,035 - jest to 20 mm. Podstawiamy dane liczbowe do wzoru:
e1= 15 · [(15 + 2 · 20)/25](0,032/0,035) - 1]/2 =17,1 mm

Grubość izolacji będzie o prawie 3 mm mniejsza.