Izolacje rurociągów ciepłowniczych wodnych

Izolacje rurociągów ciepłowniczych wodnych

Temperatury wody w sieciach ciepłowniczych wprawdzie spadają, ale rosną wymagania dotyczące izolacji cieplnej przewodów i wprowadzane są nowe technologie izolacyjne. Maksymalna temperatura wody – do 115°C przy parametrach niskich i od 115 do 150°C przy parametrach wysokich – jest jednym z czynników wpływających na wybór izolacji ciepłowniczej. Wraz z postępem w stosowaniu izolacji termicznych w budynkach spada w nich zapotrzebowanie na ciepło i tym samym dostawcy ciepła mogą obniżać temperaturę wody w sieci. Ciepło jest na tyle cenne, że nawet to o niższych parametrach temperaturowych wymaga skutecznej ochrony termicznej przed jego utratą w systemie dystrybucji. Izolację rur ciepłowniczych wykonuje się najczęściej ze sztywnej pianki PUR (poliuretan spieniony) lub pianki PIR (poliizocyjanuran spieniony), z wełny mineralnej oraz z polietylenu spienionego (zwykle dla mniejszych średnic).

Wełna mineralna

Wełna mineralna jest niepalna i ognioodporna (klasa reakcji na ogień wynosi od nawet A1 do A2-s1,d0). Cechuje się współczynnikiem przewodzenia ciepła λ ok. 0,035 W/(m·K). Jest sprężysta i wytrzymała mechanicznie, także z powodu dużej gęstości i odpowiedniej sztywności. Ze względu na pochodzenie mineralne wyróżnia ją znaczna odporność na czynniki chemiczne i biologiczne, natomiast dzięki niskiej zawartości chlorków ograniczone jest ryzyko powstania korozji pod izolacją.Izolacje wykonane z wełny mineralnej powinny spełniać wymagania normy PN-EN 14303:2012 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby z wełny mineralnej (MW) produkowane fabrycznie. Specyfikacja [1]. Wykonuje się je przy użyciu mat z przyszytą siatką drucianą lub otulin o zwiększonej gęstości, przy mocowaniu której również stosuje się odpowiednie druty lub taśmy z tworzywa sztucznego. Zarówno maty, jak i otuliny do zastosowań zewnętrznych zabezpiecza się odpowiednią okładziną ze zbrojonej folii aluminiowej. Folia aluminiowa chroni warstwę izolacji przed przenikaniem wody z zewnątrz, stanowi też swego rodzaju barierę antyrefleksyjną zabezpieczającą izolację przed wymianą ciepła na drodze promieniowania.

Pianki PUR i PIR

Pianki poliuretanowe (PUR) i poliizocyjanuranowe (PIR) wyróżniają się przede wszystkim niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła – w zależności od gęstości materiału i technologii wykonania wynosi on mniej niż 0,035, nawet poniżej 0,025 W/(m·K). Dla rozwiązań wysokoparametrowych (m.in. w rurach ciepłowniczych preizolowanych) stosuje się pianki PUR sztywne zamkniętokomórkowe, które mogą pracować nawet przy temperaturze 135–150°C (praca krótkotrwała do 160°C), oraz pianki PIR, dla których granica pracy wynosi 150–200°C. Sztywne pianki PUR i PIR są trudnopalne, cechują się także małą nasiąkliwością [2].

Pianka PUR jako materiał izolacyjny jest podatna na starzenie, co wynika w dużej mierze z oddziaływania dyfundujących gazów. Znaczenie ma zarówno dyfuzja gazów z powietrza (głównie tlen i azot) do wnętrza warstwy izolacyjnej, jak i „uciekanie” gazów wypełniających pory (komórki) pianki po spienieniu. Szybkość procesu dyfuzji zależy od temperatury wody prowadzonej w rurach (im jest ona wyższa, tym dyfuzja szybsza), grubości ścianki rury przewodowej oraz rodzaju gazu zastosowanego do spieniania – molekuły dwutlenku węgla jako mniejsze będą dyfundować szybciej niż wyraźnie większe molekuły cyklopentanu [3]. Zatem izolacja PUR lub PIR wymaga dodatkowego zabezpieczenia, tzw. bariery antydyfuzyjnej. Jest to warstwa materiału o odpowiednich własnościach, zapobiegającego dwu­kie­runkowej dyfuzji gazów. Zaawansowane bariery antydyfuzyjne stosuje się m.in. w rurach preizolowanych.

Preizolowane rury ciepłownicze

We współczesnej technice budowy rurociągów ciepłowniczych dużą popularnością cieszą się rury preizolowane, których zastosowanie przyspiesza prace budowlane i ułatwia zachowanie ciągłości izolacji. Dzięki temu, że rozwiązanie to ma charakter systemowy – rury uzupełnione są o specjalne mufy zapewniające szczelność połączenia oraz kształtki preizolowane – mniejsze jest ryzyko powstania punktowych mostków cieplnych na połączeniach rur.

Rury preizolowane dostępne są jako sztywne lub giętkie. W przypadku rur sztywnych rurę przewodową stanowi rura stalowa, następną warstwą jest materiał izolacyjny z pianki PUR lub PIR. W warstwie izolacji umieszcza się system alarmowy (rezystancyjny lub impulsowy) umożliwiający lokalizację uszkodzeń z dokładnością 1 m/1 km rury. Całość chroniona jest płaszczem osłonowym, który może być wykonany z wytrzymałego mechanicznie polietylenu wysokiej gęstości (HDPE) lub w technologii spiro – z nawiniętych pasów z blachy aluminiowej lub stalowej (ze stali ocynkowanej nierdzewnej). Oferta rur prefabrykowanych uzupełniana jest o armaturę i kształtki preizolowane. Stosowane do łączenia odcinków rur mufy termokurczliwe usieciowane radiacyjnie lub mufy zgrzewane elektrycznie umożliwiają wykonanie szczelnego połączenia.

Rury przewodowe o średnicach nominalnych DN ≤ 250 mogą być wykonywane jako podwójne – w jednym rdzeniu izolacji w płaszczu osłonowym umieszczone są dwie rury przewodowe. Preizolowane rury ciepłownicze wykonuje się jako:

• zespolone – izolacja stanowi trwałe spoiwo między rurą przewodową a zewnętrznym płaszczem osłonowym,
• ślizgowe – izolacja połączona jest z płaszczem osłonowym, a po rurze przewodowej się przesuwa.

Rury przewodowe w przypadku mniejszych średnic mogą być wykonane także jako rury giętkie. Dostępne są rury faliste ze stali szlachetnej, a dla zastosowań niskoparametrowych (np. praca ciągła 80°C, a maks. impulsowa 95°C) – rury z tworzyw sztucznych. W takim rozwiązaniu w rurze osłonowej może znajdować się jedna, dwie lub cztery rury przewodowe. Rura przewodowa wykonana jest z polietylenu sieciowanego (PE-X), polietylenu o wysokiej wytrzymałości (np. PE typu 100) lub polibutylenu (PB). Rury znajdują się w osłonie z zamkniętokomórkowej pianki z polietylenu sieciowanego (­PE-X) odpornego na starzenie, która może być wykonana jako wielowarstwowa. Funkcję rury osłonowej pełni rura karbowana z HDPE, która zabezpiecza rurociąg, m.in. chroniąc go przed przedostaniem się wody gruntowej do warstwy izolacji. Produkowane są zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 15632-3 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich [4].

Jak wspomniano, izolacja z pianki PUR chroniąca tradycyjne rury ciepłownicze narażona jest na naturalne starzenie [5]. Do niezabezpieczonej przed czynnikami zewnętrznymi pianki wnikają z powietrza agresywne dla niej gazy (tlen i azot), które powodują korozję pianki i obniżają jej izolacyjność. Badania wykazują, że na szybkość starzenia się izolacji wpływa również zastosowany do spieniania PUR gaz (cyklopentan lub dwutlenek węgla) [6]. Dlatego w nowoczesnych preizolowanych rurach ciepłowniczych stosuje się skuteczną barierę antydyfuzyjną. Jest to dodatkowa cienka warstwa materiału opartego na alkoholu etylowinylowym (EVOH), której zastosowanie zapobiega dyfuzji i to dwukierunkowo – chroni przed wnikaniem do pianki gazów z powietrza i eliminuje uciekanie z pianki czynnika spieniającego (cyklopentanu lub CO2). Dzięki temu izolacja jest chroniona przed degradacją, a efektywność energetyczna sieci ciepłowniczej zostaje zachowana.

Literatura

1. PN-EN 14303:2012 Wyroby do izolacji cieplnej wyposażenia budynków i instalacji przemysłowych. Wyroby z wełny mineralnej (MW) produkowane fabrycznie
2. Matusiak Artur, Szafran Jacek, Piana PUR jako materiał izolacyjny w budownictwie, „Inżynier Budownictwa”, https://inzynierbudownictwa.pl/piana-pur-jako-material-izolacyjny-w-budownictwie/
3. Kręcielewska Ewa, Menard Damien, Współczynnik przewodzenia ciepła izolacji w rurach preizolowanych po naturalnym i sztucznym starzeniu, materiały X Konferencji Technicznej Izby Gospodarczej Ciepłownictwo Polskie, Warszawa 2014
4. PN-EN 15632-3 Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich
5. Kotwas Robert, Naturalne starzenie się izolacji rurociągów ciepłowniczych. Porównanie zmian izolacyjności termicznej wełny mineralnej i pianek poliuretanowych, „Instal” 10/2016
6. Iwko Ireneusz, Ograniczanie strat w sieciach ciepłowniczych w aspekcie stosowania rur preizolowanych, „Inżynier Budownictwa”, https://inzynierbudownictwa.pl/ograniczanie-strat-w-sieciach-cieplowniczych-w-aspekcie-stosowania-rur-preizolowanych/
7. PN-EN 13941:2006 Projektowanie i budowa sieci ciepłowniczych z systemu preizolowanych rur zespolonych
8. PN-EN 253:2020 Sieci ciepłownicze. System pojedynczych rur zespolonych do wodnych sieci ciepłowniczych układanych bezpośrednio w gruncie. Fabrycznie wykonany zespół rurowy ze stalowej rury przewodowej, izolacji cieplnej z poliuretanu i osłony z polietylenu
9. PN-EN 489-1:2020-01 Sieci ciepłownicze. Zespolone systemy pojedynczych i podwójnych rur do wodnych sieci ciepłowniczych układanych w gruncie. Część 1: Zespoły łączące i izolacja cieplna do wodnych sieci ciepłowniczych zgodnych z EN 13941-1
10. PN-85/B-02421 Izolacja cieplna rurociągów armatury i urządzeń. Wymagania i badania
11. Materiały techniczne firm: Armacell, Brugg, Ingremio, Infracorr, Isover Saint-Gobain, K-Flex, Korff, Logstor, Paroc, Radpol, Rehau, Rockwool, Steinbacher Izoterm, Thermaflex

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!