Trwałość instalacji centralnego ogrzewania

Jednym z podstawowych postulatów zrównoważonego rozwoju jest utrzymanie maksymalnej trwałości instalacji w budynku, co wiąże się z minimalizacją obciążenia środowiska, które powstaje zarówno przy wykonywaniu wyrobów instalacyjnych, jak i samej instalacji, a także odsunięcie w czasie problemu utylizacji wyrobów po zakończeniu życia technicznego instalacji.

Wymagania te nakłada na wyroby budowlane m.in. dyrektywa 2005/32/WE [1], a także zespół norm grupy PN-EN ISO 14040, określających kategorie oddziaływania wyrobu na środowisko w całym cyklu jego życia (analiza LCA). Analiza ta jest podstawą wydawania deklaracji środowiskowych wyrobów, których celem jest stymulowanie – poprzez oddziaływania rynkowe – ciągłej poprawy stanu środowiska.

Problem jest szczególnie istotny w przypadku wyrobów z tworzyw sztucznych, które masowo wprowadzono w Polsce jako materiał przewodów instalacji ogrzewczych (jak również wodociągowych czy kanalizacyjnych). Utylizacja tworzyw sztucznych jest na obecnym etapie wiedzy technologicznej procesem zarówno energochłonnym, jak i toksycznym dla środowiska. Jest to o tyle skomplikowane, że większość materiałów, z których wykonuje się przewody instalacyjne, to tworzywa niejednorodne, kopolimery, tworzywa z wkładkami metalowymi czy też z włókien szklanych.

W instalacjach centralnego ogrzewania od szeregu lat stosowane są – jak wynika z praktyki autora – przewody wszystkich rodzajów tworzyw sztucznych, a jedynym kryterium jest temperatura pracy układu. Jednak aby wyjaśnić wszystkie aspekty stosowania tworzyw sztucznych w instalacjach centralnego ogrzewania, należy przedstawić wymagania, jakie stawiane są wodzie instalacyjnej. Spełnienie tych wymagań to gwarancja trwałości instalacji c.o. – przede wszystkim elementów metalowych tych instalacji – grzejników, przewodów i urządzeń współpracujących z instalacją.

Jakość wody instalacyjnej

Podstawowym zagrożeniem dla trwałości elementów metalowych instalacji jest korozja, a jej efektem są nie tylko perforacje grzejników, przewodów czy urządzeń grzewczych, ale także ograniczenie przepływu wody instalacyjnej w wyniku powstawania osadów produktów korozji na wewnętrznych powierzchniach przewodów czy grzejników albo „zapychanie się” zaworów termostatycznych osadami produktów korozji przenoszonymi przez wodę obiegową.

Wymagania dotyczące jakości wody w instalacjach centralnego ogrzewania określa norma PN-C-04607:1993 [2] zarówno dla wody służącej do napełniania instalacji, jak i dla wody instalacyjnej (obiegowej). Wymagania normy zostały przywołane w załączniku do rozporządzenia w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [3] i tym samym stały się obowiązujące, zgodnie z krajowymi przepisami.

Podstawowym wymaganiem stawianym wodzie instalacyjnej jest zawartość rozpuszczonego w wodzie tlenu, którego ilość nie może przekraczać 0,1 mg/l. To właśnie zawartość tlenu determinuje procesy korozyjne stali, żeliwa, aluminium, a nawet miedzi. Proces korozji ma charakter elektrochemiczny, w którym, najogólniej mówiąc, na mikroanodach następuje rozpuszczanie żelaza (aluminium, miedzi), a na mikrokatodach – wydzielanie rozpuszczonego w wodzie tlenu.

Tlen wprowadzany jest do układu wraz z wodą służącą do napełniania (ta porcja tlenu zużywa się szybko w reakcjach powierzchniowych), a także z wodą uzupełniającą – stąd ograniczenie strat wody instalacyjnej do wartości 5% objętości zładu rocznie (wprowadzany do układu grzewczego tlen z nowymi porcjami wody uzupełniającej staje się potencjalnym zagrożeniem korozyjnym metalowych elementów instalacji).

Innym źródłem przedostawania się tlenu do wody instalacyjnej jest naczynie wzbiorcze systemu otwartego lub naczynie wzbiorcze zamknięte posiadające poduszkę ciśnieniową powietrzną (a nie gazu obojętnego) – tlen z powietrza przenika do wody przez przeponę naczynia wzbiorczego. Jednak podstawowym źródłem niepożądanego tlenu w wodzie instalacyjnej jest tlen przedostający się do wody obiegowej w wyniku dyfuzji (przenikania) z otaczającego powietrza przez ścianki przewodów wykonanych z tworzyw sztucznych nieposiadających odpowiedniej bariery antydyfuzyjnej.

Olbrzymia większość rur i łączników z tworzyw sztucznych nie kwalifikuje się do stosowania jako przewody instalacji centralnego ogrzewania. Przyczyną tego ograniczenia jest właśnie przepuszczalność tlenu przez ścianki rur oraz ich połączenia. Według badań przeprowadzonych w ramach projektu R0401204 [4] szybkość przenikania tlenu przez jednorodne materiałowo rury z PP, PE, PEX czy PB jest 50-krotnie większa od dopuszczalnej szybkości przenikania tlenu określonej normą PN-EN ISO 15875 [5] dla rur, które mają być przewodami instalacji c.o.

Nadmierną przepuszczalność tlenu wykazywały również rury wielowarstwowe, np. z perforowaną warstwą aluminium, włóknem szklanym, a nawet z ciągłą warstwą aluminiową połączoną „na zakładkę”. Pozytywną ocenę przydatności w instalacjach grzejnikowych centralnego ogrzewania uzyskały rury wielowarstwowe, z których jedna spełnia rolę bariery dla przenikania tlenu.

Barierami tymi – pozytywnie ocenianymi na stanowisku badawczym wykonanym według normy ISO 17445 [6] – są ciągłe warstwy aluminium łączone metodą zgrzewania, a także cienkie warstwy tworzywa EVOK (kopolimer etylenu i alkoholu winylowego) umieszczane trwale na zewnątrz lub wewnątrz ścianki rury (szybkość dyfuzji tlenu przez EVOH jest ok. 7×106 mniejsza niż przez polietylen (PEHD)).

Większość pozytywnych ocen rur z warstwami antydyfuzyjnymi dotyczy badań przeprowadzanych w temperaturze 40°C, a więc określających przydatność rur w instalacjach podłogowych, co nie zawsze potwierdza ich przydatność w instalacjach grzejnikowych c.o. – rury dla tych instalacji testuje się bowiem w temperaturze 80°C. Zasady stosowania rur z tworzyw sztucznych w instalacjach ogrzewczych nie zostały ujęte w wymaganiach PN-C-04607:1993 – norma ta opracowana została w 1992 roku i reprezentowała ówczesny stan wiedzy – zgłaszane próby nowelizacji normy nie zostały podjęte przez Polski Komitet Normalizacyjny.

Rozszerzone (w stosunku do wymagań podanych w PN-C-04607:1993) kryteria doboru materiałów instalacyjnych c.o. wraz z zaleceniami prowadzenia ochrony inhibitorowej (przeciwkorozyjnej) materiałów instalacyjnych podano w tabeli 1.

Należy zwrócić uwagę, że pod nazwą „tworzywa sztuczne ograniczające przenikanie tlenu” znajdują się tworzywa, które przeszły pozytywne badania w zakresie przenikania tlenu wg ISO 17445 [6], a więc w temperaturze 80°C, co kwalifikuje je do pracy w instalacjach grzejnikowych.

W sytuacji gdy nie ma takiej pewności (brak odpowiednich zapisów w deklaracji zgodności i dokumentach odniesienia), należy wybrać inny materiał przewodów w instalacji c.o. Uwaga: przewody z tworzyw sztucznych również ulegają korozji – starzeniu się w czasie pod wpływem oddziaływania tlenu.

Przewody z tworzyw sztucznych cieszą się wśród inwestorów (cena), projektantów (gotowe programy projektowe) i zarządców czy użytkowników budynków powszechnym uznaniem. Jednak w obliczu powyższych argumentów (przepuszczalność tlenu, nierozwiązany problem ich utylizacji) nie powinny być one, moim zdaniem, stosowane.

Stosowanie inhibitorów korozji

W pracujących już instalacjach c.o., gdzie przewody wykonane są z rur z tworzyw sztucznych, w stosunku do których istnieją zastrzeżenia co do przepuszczalności tlenu, użytkownik czy zarządca budynku, chcąc zabezpieczyć trwałość stalowych lub aluminiowych grzejników (czy też innych elementów metalowych instalacji) przed przedwczesnymi awariami instalacji, powinien zastosować odpowiednio dobrany inhibitor korozji w dawce, która skutecznie zabezpieczy grzejniki przed korozją.

Stosowanie inhibitorów korozji (ochrona antykorozyjna) objęte jest wymaganiem normy PN-C-04607:1993, a więc w świetle prawa jest obowiązkowe w przypadkach określonych tymi wymaganiami. Konieczność wprowadzenia inhibitora do wody instalacyjnej uzależniona jest od jakości wody służącej do napełniania i uzupełniania instalacji, a także od materiałów, które znajdują się w jednym obiegu wodnym, oraz od systemu instalacji: otwartego czy zamkniętego (tabela 1).

Należy przypomnieć, że inhibitor korozji to substancja chemiczna (stała, płynna), która wprowadzona do układu (instalacji c.o. czy innego układu zamkniętego) w odpowiednim stężeniu chroni przed korozją materiały metalowe (stal, aluminium, miedź) będące w kontakcie z wodą instalacyjną. Wymagania, jakie stawia się inhibitorom, to 90-procentowy stopień ochrony korozyjnej metali znajdujących się w obiegu.

Wybór inhibitora powinien uwzględniać rodzaj materiałów kontaktujących się z wodą obiegową. Na przykład w przypadku instalacji c.o., w której przewody i grzejniki są stalowe, a wymiennik ciepła płytowy lutowany miedzią, należy dobrać inhibitor, który chroni stal w obecności jonów miedzi (jony miedzi wymywane z wymiennika stanowią dodatkowe zagrożenie korozyjne stali, a więc materiału przewodów czy grzejników).

Ochrona antykorozyjna instalacji c.o. przy użyciu inhibitorów korozji jest stosunkowo prosta – sprowadza się do wprowadzenia odpowiedniego inhibitora do instalacji, a następnie kontroli jego stężenia i ewentualnego jego uzupełnienia 2–3 razy w roku. Koszty wprowadzenia i utrzymania ochrony inhibitorowej są znikome w stosunku do wartości instalacji czy kosztów jej wymiany.

Należy zwrócić uwagę, że zmienione przepisy w zakresie dopuszczania wyrobów do stosowania w budownictwie nie wymagają takich dopuszczeń w stosunku do inhibitorów. Przy ich wyborze można kierować się jedynie informacjami technicznymi producentów bądź zwrócić się do specjalistycznych przedsiębiorstw prowadzących ochronę inhibitorową instalacji c.o.

Komentując wymagania normy dotyczącej jakości wody w instalacjach ogrzewania (opracowanej w 1992 r.), należy zalecić służbom technicznym odpowiedzialnym za eksploatację budynków zmniejszenie normatywnych strat wody w układzie ogrzewczym do wartości 2% objętości zładu rocznie (norma przewiduje 5%). Kontrolę ilości wody uzupełniającej należy przeprowadzać, instalując na jej dopływie licznik wody (zgodnie z aktualnymi przepisami [3] nie należy łączyć bezpośrednio instalacji c.o. z instalacją wodociągową, uniemożliwiając wtórne zanieczyszczenie wody pitnej).

Podsumowanie

Biorąc pod uwagę zarówno ekonomicznie uzasadnione oczekiwania użytkowników budynków, jak i wymagania zrównoważonego rozwoju budownictwa, inwestorom, projektantom, wykonawcom instalacji, a także zarządcom budynków, można przedstawić następujące zalecenia:

• doboru elementów instalacji (przewody, grzejniki, kotły, wymienniki ciepła i inne urządzenia pracujące w jednym obiegu wodnym) należy dokonywać z uwzględnieniem materiałów, z których są one wykonane, stosując zasady przedstawione w tabeli 1, stanowiącej rozszerzenie wymagań normy PN-C-04607:1993 z zachowaniem obowiązku stosowania inhibitorów korozji w przypadkach określonych w tej normie,
• stosowanie przewodów z tworzyw sztucznych należy ograniczyć jedynie do rur (i łączników) posiadających warstwy antydyfuzyjne, które przeszły pozytywne badania przeprowadzone według ISO 17445 (praca w temperaturze 80°C), przy czym, biorąc pod uwagę obciążanie środowiska, jakie powstaje przy utylizacji tworzyw sztucznych, należy stopniowo dążyć do ich wyeliminowania jako materiałów przewodów instalacyjnych.

Powyższe postulaty są, a przynajmniej powinny być, znane zarówno projektantom, jak i wykonawcom instalacji, a przede wszystkim zarządcom budynków. Norma, na którą powoływano się powyżej, jest bowiem od szeregu lat przywoływana w przepisach budowlanych, a tym samym od lat spełnienie jej wymagań jest obowiązkowe.

W rzeczywistości jednak (co potwierdzają również doświadczenia autora) olbrzymia większość instalacji c.o. (przede wszystkim w budownictwie mieszkaniowym wielorodzinnym czy użyteczności publicznej) wykonywanych w ciągu ostatnich 15 lat, a więc w okresie, w którym obowiązywały wymagania normy, nie spełnia tych warunków, co oznacza, że użytkownicy budynków skazani są na awarie i przedwczesne wymiany instalacji, czyli na dodatkowe koszty eksploatacyjne.

Niestety, ciągle jeszcze niedostateczny poziom wiedzy technicznej części osób wykonujących samodzielne funkcje w budownictwie, a także presja finansowa inwestorów nie rokują poprawy sytuacji, tym bardziej że powołane do kontroli jakości budownictwa organy władz państwowych czy też organizacje, które powinny odpowiadać za jakość wiedzy, nie pełnią w wystarczającym zakresie swojej funkcji.

Literatura

1. Dyrektywa 2005/32/WE Parlamentu Europejskiego i Rady z dnia 6 lipca 2005 r. ustanawiająca ogólne zasady ustalania wymogów dotyczących ekoprojektu dla produktów wykorzystujących energię (DzUrz UE nr L 191/29 z 22.07.2005 r.).
2. PN-C-04607:1993 Woda w instalacjach ogrzewania – Wymagania i badania dotyczące jakości wody.
3. Rozporządzenie Ministra Infrastruktury z dnia 12 marca 2009 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie (DzU nr 56, poz. 461).
4. Rutkiewicz A., Pomiar szybkości dyfuzji tlenu przez ścianki rur z tworzyw polimerowych, projekt badawczy rozwojowy nr R0401204.
5. PN-EN ISO 15875 Systemy przewodów rur z tworzyw sztucznych do instalacji wody ciepłej i zimnej.
6. Norma ISO 17445 Plastics piping systems – Multilayer pipes. Determination of the oxygen permeability of the barrier pipe

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!