Preizolowane rury giętkie – badania własności

Specyfikacja PN-EN 15632-1:2009+A1:2015-02 [2] przeznaczona jest dla zestawów preizolowanych rur, które mogą pracować, w zależności od rury przewodowej (tworzywo sztuczne, metal) i rodzaju montażu (zespolone lub nie), w różnych zakresach temperaturowych oraz ciśnieniach.

Dla rur z tworzyw sztucznych temperatura pracy ciągłej wynosi 80°C (maksymalna temperatura chwilowa 95°C) przy różnym ciśnieniu roboczym zależnym od stosunku przekroju zewnętrznego rury przewodowej do grubości ścianek (SDR – standard dimention ratio) oraz tworzywa, z jakiego została wykonana rura przewodowa.

Przykładowo dla niezespolonych rur z tworzywa sztucznego zakres ciśnień roboczych wynosi od 6 do 10 barów w zależności od współczynnika SDR i rodzaju tworzywa [3] – tabela 1.

Dla rur przewodowych metalowych (zespolonych) maksymalna temperatura chwilowa wynosi 140°C (temperatura pracy ciągłej 120°C) przy zakresie ciśnienia 16–25 barów. Uszczegółowione zakresy ciśnień roboczych dla różnych materiałów zespolonych rur przewodowych z tworzywa sztucznego i metalu zawarte zostały w specyfikacjach odpowiednio: PN-EN 15632-2 [4] i PN-EN 15632-4 [5].

W kwestii wymagań, jakie powinny zostać spełnione, żeby uznać wyrób za zgodny z PN-EN 15632-1+A1:2015-02, poprawka A1 praktycznie nie zmienia wcześniejszych zapisów głównej części normy (nie dotyczy załączników). W dalszym ciągu wymagania związane z własnościami termicznymi, giętkością i odpornością na oddziaływanie zewnętrzne należy określać dla całego zestawu rury preizolowanej, badania nasiąkliwości i pełzania wykonuje się dla materiału izolacyjnego, a dla płaszcza ochronnego stabilność termiczną, UV oraz odporność na powstające rysy naprężeniowe.

Jeśli w rurach zastosowano system monitorowania, wszystkie komponenty wchodzące w skład zainstalowanego systemu kontroli szczelności powinny spełniać wymagania określone w PN-EN 14419:2009 [6].

Metodyki badawcze pozwalające określić wymienione powyżej własności nie zostały zmienione, oprócz sposobu określania własności termicznych preizolowanej rury giętkiej.

Zgodnie z pkt 5.1 „Własności izolacyjności termicznej” dla całego zakresu średnic preizolowanych rur giętkich ułożonych w gruncie producent powinien przedstawić wartości określające straty ciepła.

Sposób deklarowania start ciepła został przedstawiony w załączniku B, a wynik powinien być podawany z dokładnością do 0,1 W/m. Sposób pomiaru przewodności cieplnej zestawu preizolowanych rur oraz określania własności termicznych warstwy izolacyjnej został umieszczony w załączniku A, a załącznik C informuje o sposobie określania obliczeniowego współczynnika przewodzenia ciepła uwzględniającym zewnętrzne czynniki wpływające na izolacyjność zestawu.

Załącznik A. Przewodność cieplna preizolowanych rur. Procedura badawcza

Załącznik ten, opierając się na normach PN-EN ISO 8497:1999 [7] oraz PN-EN 253:2009+ A1:2013 [8], opisuje metodę określania wartości przepływu ciepła w stanie ustalonym oraz przewodności cieplnej pianki izolacyjnej w preizolowanych rurach. W przeciwieństwie do zapisów w normie z 2009 r. aktualna norma znacznie szerzej opisuje wymagania dotyczące doboru próbki do badań, aparatury pomiarowej, procedury badawczej, a sposób obliczania przewodności cieplnej został zupełnie zmodyfikowany.

Próbka do badań o okrągłym przekroju poprzecznym powinna być wybrana ze środka całego zakresu grubości wyrobów producenta o wewnętrznej średnicy nie mniejszej niż 25 mm. Do badań typu (definicja badania typu w Załączniku D) próbka o długości nie mniejszej niż 3 m powinna być pobrana z części środkowej zestawu rurowego.

Norma dopuszcza badania na trzech typach aparatów badawczych:

• z cylindrami osłonowymi na końcach rury badawczej;
• z wzorcowanymi końcami rury;
• z obliczonymi końcami rury.

Dla aparatów badawczych z wzorcowanymi bądź obliczonymi końcami rury, z uwagi na możliwe błędy pomiarowe i niedokładności, wymagana jest minimalna dwumetrowa długość odcinka pomiarowego, podczas gdy dla aparatu z cylindrami osłonowymi na końcach rury badawczej długość ta może być o połowę mniejsza (1 m).

Szczegółowy opis wszystkich trzech przedstawiono w normie badawczej PN-EN ISO 8497:1999 [7], a w opisywanym załączniku opis aparatu badawczego z cylindrami osłonowymi na końcach rury badawczej został praktycznie zacytowany z tej normy.

Przykładowym aparatem pomiarów współczynnika przewodzenia ciepła otulin bądź preizolowanych rur jest urządzenie pracujące w Centrum Badawczym Materiałów Budowlanych IZOLACJA IMBiGS, Oddział w Katowicach (fot. 1). Zakres temperaturowy od –40 do 600°C jest najszerszym zakresem pracy dla tego typu aparatów w Europie Środkowej.

Poprawka A1 do normy PN-EN 15632-1:2009 zmienia sposób kondycjonowania próbek do badań. Obecnie wszystkie próbki powinny być kondycjonowane w temperaturze 23 ±2°C przez 1 tydzień (brak rozróżnienia na próbki z izolacją zawierającą w komórkach powietrze lub inny gaz). Wyjątek stanowią próbki przeznaczone do badań typu, gdzie czas kondycjonowania wynosi 5 ±1 tygodni po produkcji.

Informacja dotycząca ilości, miejsca i rozmieszczenia czujników temperatury podczas pomiaru wprowadzona poprawką A1 nieznacznie zmienia ustalenia normy badawczej PN-EN ISO 8497:1999. W szczególności dotyczy to liczby sensorów i ich odległości od siebie, jednak wykonanie pomiarów zgodnie z tą normą gwarantuje prawidłowość wyników.

Poprawka A1 wprowadza wymagania dotyczące określania długości, średnicy i wymiarów próbki oraz grubości płaszcza ochronnego, a także dokładności pomiaru temperatur, dostarczanej mocy, osiowej straty ciepła w trakcie pomiaru i czasu jego trwania.

Pomiary długości, średnicy, wymiarów próbki oraz grubości płaszcza osłonowego powinny być wykonywane z dokładnością do ±1,0 mm. W przypadku zestawu preizolowanej rury składającej się z karbowanej rury przewodowej i karbowanego płaszcza ochronnego do wyznaczania własności cieplnych powinna być użyta średnia wartość maksymalnej i minimalnej średnicy.

Pomiar, dla minimum trzech temperatur w zakresie stosowania rury, powinien być wykonany w nieruchomym powietrzu w ustalonej temperaturze (23 ±2°C), która w trakcie pomiaru nie zmienia się więcej niż ±1°C.

Dokładność pomiaru temperatury powinna się wahać w zakresie ±0,3°C, pomiar mocy powinien być w zakresie ±1,0%, a szacowany osiowy strumień ciepła nie powinien być większy niż 0,5% – dla aparatu badawczego z cylindrami osłonowymi na końcach rury badawczej (dla pozostałych aparatów powinny zostać określone straty ciepła przez kołpaki końcowe).

Część wymagań dotyczących aparatury i procedury pomiarowej wprowadzona przez poprawkę A1 i określona w tym załączniku jest praktycznie przepisana z normy badawczej PN-EN ISO 8497:1999 [7], jednak niektóre z nich (np. rozmieszczenie termopar) są różne, a czasami wręcz ostrzejsze niż wymagania normy badawczej (np. maksymalna wartość strumienia osiowego czy dokładność pomiaru temperatur).

Poprawka A1 nie zmienia wymagania w stosunku do samego pomiaru przewodności cieplnej. Dalej wyznacza się współczynnik przewodzenia ciepła w temperaturze 50°C (λ₅₀) [W/(m·K)] na podstawie badań próbki w minimum trzech punktach, przy czym ściślejsze jest określenie punktów pomiarowych – średnie temperatury pomiaru to: 40, 50 i 60°C (±2 K).

Wyznaczenie określonego współczynnika przewodzenia ciepła w temperaturze 50°C (λ₅₀) warstwy izolacji dla danego wymiaru rury pozwala na wykorzystanie do obliczeń strat ciepła innych wymiarów rur pod warunkiem, że materiał izolacyjny pochodzi z tych samych surowców i tego samego procesu produkcyjnego oraz różnica w gęstości nie przekracza ±10%. Odpowiednie korekcje związane ze spadkiem temperatury na płaszczu ochronnym powinny być wykonane, a spadek temperatury związany z rurą przewodową może nie być brany pod uwagę.

W przypadku braku informacji od producenta dotyczących przewodności cieplnej dla rury przewodowej poprawka A1 podaje wartości współczynnika przewodzenia ciepła dla stali węglowej (C-steel), stali nierdzewnej (CrNi-steel), miedzi, polietylenu i butylenu.

W celu obliczenia współczynnika przewodzenia ciepła izolacji rury preizolowanej poprawka A1 wprowadza odpowiednie równania.

Załącznik B. Obliczanie strat przepływu ciepła z medium do otoczenia preizolowanych rur grzewczych w gruncie

Ogólnie rzecz ujmując, załącznik B w swej treści jest niezmienionym załącznikiem D z PN-EN 15632-1:2009 opisującym metody obliczania strat ciepła preizolowanych rur w gruncie dla układu z pojedynczą (single pipe system) i podwójną rurą (twin pipe system). Pozwala na obliczenie strat ciepła przy założeniu braku oddziaływania pomiędzy rurą zasilającą i powrotną – w celu określenia wpływu leżących blisko siebie rur w załączniku B znajduje się odniesienie do PN-EN 13941+A1:2010 [10].

Załącznik C. Określanie obliczeniowej wartości dla promieniowego oporu cieplnego

Poprawka A1 w załączniku opisującym określenie obliczeniowej wartości oporu cieplnego R_design przy uwzględnieniu wpływu wilgoci oraz starzenia zmienia tylko dwa elementy: z załącznika normatywnego załącznik C staje się informacyjnym, poprawiona też została ewidentna pomyłka we wzorze (C.1) – indeks przy współczynniku przewodzenia ciepła λ_C.

Jednak inna pomyłka, która została opisana wraz z innymi błędami i nieścisłościami w PN-EN 15632-1:2009 w artykule [11], nie została poprawiona. Mianowicie powyższy wzór nie przedstawia obliczeniowej wartości dla promieniowego oporu cieplnego, tylko jego odwrotność. Prawidłowy zapis powinien być np. następujący:

W celu obliczenia współczynnika f_cor (współczynnika korekcyjnego dla otwartych pęknięć, mostków cieplnych czy też zmian kształtu rury spowodowanych wpływem ziemi) Załącznik C posiłkuje się normą PN-EN ISO 23993:2011 [12], w której przedstawiono sposoby obliczania poszczególnych współczynników korekcyjnych. Wyznaczanie obliczeniowego współczynnika przewodzenia ciepła λdesign zgodnie z przedstawionym w Załączniku C wzorem:

λ_design = λ_decl · f_m · f_a

wymaga zastosowania współczynników wpływu wilgoci fm i starzenia fa oraz deklarowanego współczynnika przewodzenia ciepła l_decl. Interesujące jest, że wartości korekcyjne dla fm i fa zostały podane, ale nie ma informacji, w jaki sposób obliczyć l_decl (deklarowany współczynnik przewodzenia ciepła). Czy powinno się go wyznaczyć zgodnie z PN-EN ISO 13787:2005 [9, 13] (o czym wspomina również PN-EN ISO 23993:2011), czy też należy postępować tak, jak zostało to opisane w Załączniku B wycofanej i zastąpionej normy PN-EN 15632-1:2009 (w aktualnej normie Załącznik B został całkowicie zastąpiony „starym” Załącznikiem D – co opisano powyżej)?

Załącznik D. Wytyczne do badań

W porównaniu do wcześniejszej wersji normy poprawka A1 wprowadza nowy, informacyjny załącznik w postaci „Wytycznych do badań”. Zawiera on rekomendowaną częstotliwość badań oraz zadania dla trzeciej, niezależnej strony (niezależny podmiot) w celu potwierdzenia, że producent preizolowanych rur giętkich spełnia wymagania określone w normie.

Badania zostały podzielone na trzy rodzaje:

1. badania typu (type test), zwane również badaniami klasyfikacyjnymi (qualification test) – stosowane w celu sprawdzenia/zwalidowania wykorzystanych materiałów do produkcji wyrobu oraz sposobu produkcji. Powinny być wykonane przed wprowadzeniem wyrobu na rynek oraz po przeprowadzeniu znaczących zmian materiałów lub zmian w procesie produkcyjnym. Badania własności izolacyjności cieplnej powinien przeprowadzić niezależny podmiot. Wszystkie pozostałe badania z PN-EN 15632-1:2009+A1:2015-02 oraz odpowiednie badania z PN-EN 15632-2, PN-EN 15632-3, PN-EN 15632-4 mogą zostać wykonane jako badania wewnętrzne w zakładzie producenta;
2. badania nadzoru jakości (quality surveillance test) – nadzór, w skład którego wchodzą systematyczne badania mające zapewnić zakładaną jakość produkcji. Zadaniem producenta jest zapewnienie, że badania wyspecyfikowane w PN-EN 15632-1:2009+A1:2015-02 są wykonywane, a wyniki z tych badań dokumentowane. Badania nadzoru jakości związane z własnością izolacyjności cieplnej powinny być wykonywane raz na trzy lata przez niezależny podmiot (wystarczy tylko jeden dowolny wymiar próbki). Zakres własności, które powinny być objęte nadzorem jakości w zakładzie producenta, został określony w specyfikacjach technicznych i zależy od rodzaju rury przewodowej – dla usieciowanego polietylenu (PE-X) jest to CEN ISO/TS 15875-7 [14], butylenu – CEN ISO/TS 15876-7 [15], a dla wielowarstwowych rur – CEN ISO/TS 21003-7 [16];
3. badania produkcyjne (production test) – prowadzone w trakcie produkcji w celu zapewnienia stałej jakości produktu, która zależy od stabilności poszczególnych procesów produkcyjnych. Powinny by wykonywane zgodnie z wymaganiami i częstotliwością ustaloną przez producenta, która zapewni stałą, określoną jakość wyrobu końcowego.

Wprowadzenie powyższego załącznika sugeruje konieczność wdrożenia i utrzymywania kontroli jakości pozwalającej na zapewnienie, że wprowadzany na rynek wyrób spełnia wymagania zawarte w rozważanej normie.

Podsumowanie

Najważniejsze zmiany wprowadzone w normie PN-EN 15632-1+A1:2015-2 dotyczą przede wszystkim dwóch aspektów:

• sposobu określania strat ciepła (w szczególności wyznaczania współczynnika przewodzenia ciepła warstwy izolacyjnej),
• wprowadzenia nowych wytycznych związanych z kontrolą jakości produkowanego i wprowadzanego na rynek wyrobu.

Zmiany, szczególnie w Załączniku A, dotyczą wytycznych pomiarowych oraz procedury obliczeniowej, która została praktycznie całkowicie zmieniona.

Zupełnie nowym zapisem, który pojawił się w normie, jest informacyjny Załącznik D związany z nadzorowaniem i kontrolą produkcji wytwarzanych wyrobów, opisujący częstotliwości badań poszczególnych właściwości preizolowanych rur giętkich – istotny w celu zapewnienia stałego poziomu jakości wyrobu wprowadzanego na rynek.

Artykuł z numeru 9/2015

Literatura

1. PN-EN 15632-1:2009 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 1: Klasyfikacja, wymagania ogólne i metody badań.
2. PN-EN 15632-1:2009+A1:2015-02 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 1: Klasyfikacja, wymagania ogólne i metody badań.
3. PN-EN 15632-3 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 3: Niezespolone plastykowe rury przewodowe; wymagania ogólne i metody badań.
4. PN-EN 15632-2 A1:2015-02 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 2: Zespolone plastykowe rury przewodowe. Wymagania ogólne i metody badań.
5. PN-EN 15632-4 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 4: Zespolone metalowe rury przewodowe; wymagania ogólne i metody badań.
6. PN-EN 14419:2009 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych zespolonych rur do wodnych sieci ciepłowniczych układanych bezpośrednio w gruncie. System kontroli i sygnalizacji zagrożenia stanów awaryjnych.
7. PN-EN ISO 8497:1999 Izolacja cieplna. Określanie właściwości w zakresie przepływu ciepła w stanie ustalonym przez izolacje cieplne przewodów rurowych.
8. PN-EN 253:2009+A1:2013-06 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych zespolonych rur do wodnych sieci ciepłowniczych układanych bezpośrednio w gruncie. Zespół rurowy ze stalowej rury przewodowej, izolacji cieplnej z poliuretanu i płaszcza osłonowego z polietylenu.
9. Miros A., Wyroby płaskie do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych, „Izolacje” nr 9/2012.
10. PN-EN 13941+A1:2010 Projektowanie i budowa sieci ciepłowniczych z systemu preizolowanych rur zespolonych.
11. Winkler-Skalna A., Właściwości termoizolacyjne preizolowanych rur giętkich, „Izolacje” nr 7-8/2013.
12. PN-EN ISO 23993:2011 Materiały do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Określanie obliczeniowego współczynnika przewodzenia ciepła.
13. PN-EN ISO 13787:2005 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Określanie deklarowanego współczynnika przewodzenia ciepła.
14. CEN ISO/TS 15875-7:2003 Plastics piping systems for hot and cold water installations. Crosslinked polyethylene (PEX). Part 7: Guidance for the assessment of conformity.
15. CEN ISO/TS 15876-7:2004-03 Plastics piping systems for hot and cold water installations. Polybutylene (PB). Part 7: Guidance for the assessment of conformity.
16. CEN ISO/TS 21003-7:2008+A1:2010 Multilayer piping systems for hot and cold water installations inside buildings. Guidance for the assessment of conformity.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!