Grubość izolacji przewodów ogrzewania powietrznego

W przypadku przewodów ogrzewania powietrznego budynków przenikanie ciepła przez ścianki przewodów nie jest stratą w dosłownym rozumieniu tego słowa, ponieważ ciepło nie jest bezpowrotnie oddawane do środowiska zewnętrznego, lecz pozostaje w pomieszczeniach. Zjawisko to wpływa jedynie na utrudnienie w projektowaniu, podczas którego należy zrżnicować wydatki powietrza nawiewanego w poszczególnych pomieszczeniach z uwzględnieniem zysków ciepła do pomieszczeń od ścianek przewodów.

Przy określaniu grubości izolacji przewodów należy zwrócić uwagę na skuteczność i zasadność pewnych rozwiązań. Zastosowanie grubszej izolacji może przynieść przeciwne w stosunku do uzyskanej efektywności cieplnej następstwa. Są nimi wzrost kosztów robocizny i materiału, a w odniesieniu do środowiska naturalnego powstawanie zanieczyszczeń w czasie produkcji materiału izolacyjnego, których ilość może zrównoważyć ilość szkodliwych substancji emitowanych w procesie spalania paliw.

Regulacje prawne

W celu poprawy jakości energetycznej budynków Parlament Europejski wprowadził dyrektywę 2002/91/WE [1], w której określono podstawowe (minimalne) wymagania dotyczące jakości energetycznej budynków nowych oraz istniejących podlegających modernizacji. Wskazano potrzebę certyfikacji budynków, regularnych kontroli systemów grzewczych i klimatyzacyjnych oraz określono ogólny zakres obliczeń zintegrowanej charakterystyki energetycznej. Głównym celem tych zabiegów jest zmniejszenie emisji szkodliwych substancji do środowiska, zwłaszcza dwutlenku węgla, przez promocję efektywności energetycznej zgodnie z dyrektywą Rady Europy 93/76/EEC [2], oraz uzyskanie niskiego eksploatacyjnego zużycia energii przez budynki projektowane i wykonywane w ślad za dyrektywą Rady 89/106/EEC [3].

W ocenie jakości energetycznej budynków uwzględnia się wyszczególniony w dyrektywie [1] zakres parametrów, zawierający m.in. szczegłowy podział budynków na określone kategorie uwzględniające ich funkcje oraz zagadnienia instalacji grzewczych, zaopatrzenia w ciepłą wodę, systemów klimatyzacji i wentylacji z uwzględnieniem charakterystyki ich izolacji. Dyrektywa wskazuje, że zastosowane rozwiązania powinny uwzględniać warunki klimatyczne, założoną przez projektanta jakość środowiska wewnętrznego oraz efektywność ekonomiczną (optymalne koszty). Została również stworzona możliwość ustalenia metodologii obliczania charakterystyk energetycznych budynków na poziomie krajowym, z uwzględnieniem standardów i norm stosowanych w ustawodawstwie danego kraju.

Wdrożenie zapisów dyrektywy nastąpiło w Polsce m.in. przez uchwalenie w 2008 r. rozporządzenia zmieniającego rozporządzenie w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie [4]. W rozporządzeniu tym w załączniku nr 2 „Wymagania izolacyjności cieplnej i inne wymagania związane z oszczędnością energii” określono minimalną grubość izolacji cieplnej przewodów i komponentów. Wynosi ona dla przewodów ogrzewania powietrznego ułożonych wewnątrz izolacji cieplnej budynku 40 mm, a ułożonych na zewnątrz izolacji cieplnej budynku 80 mm. Należy zaznaczyć, że poprzednia wersja tego rozporządzenia [5] zalecała jedynie projektowanie izolacji przewodów ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji tak, by ilość energii cieplnej wymaganej do użytkowania budynku zgodnie z jego przeznaczeniem była utrzymana na racjonalnie niskim poziomie.

W dyrektywie [1] pozostawiono państwom członkowskim swobodę w określeniu reżimu energetycznego danego kraju. W związku z tym należy uznać, że podane w rozporządzeniu [4] minimalne grubości izolacji cieplnej przewodów są wartościami dobrowolnie przyjętymi przez polskiego ustawodawcę. W odniesieniu do przewodów ogrzewania powietrznego grubość izolacji wynosząca 40 mm dotyczy materiału o wartości wspłczynnika przewodzenia ciepła λ = 0,035 W/(m·K). Zastosowanie materiału o innej izolacyjności wymaga skorygowania grubości warstwy izolacyjnej. Nie stosuje się innych kryteriów określania grubości izolacji, takich jak przeznaczenie budynku, charakterystyka cieplna pomieszczeń (ogrzewane, nieogrzewane) czy sposób prowadzenia przewodów.

Obliczenie strat ciepła przez przewody ogrzewania powietrznego

Straty ciepła przez przewody instalacji ogrzewania powietrznego wyliczono na podstawie wzorów:

gdzie:
f – pole powierzchni przekroju przewodu [m²],
w_o – prędkość strumienia powietrza odniesiona do temperatury 0ºC, w_o = w·[273/(273 + t1)] [m/s],
w – prędkość powietrza w przewodzie [m/s],
ρ_o – gęstość powietrza w warunkach normalnych,
ρ_o = 1,293 kg/m³.

Zmianę temperatury na długości przewodu obliczono na podstawie wzoru:

gdzie:
t_lo, t_l – temperatura powietrza na początku przewodu i w odległości L [ºC],
t_u – temperatura otoczenia [ºC],
L – długość przewodu [m],
m – strumień masy powietrza [kg/s],
U – wspłczynnik przenikania ciepła ścianki przewodu [W/(m²·K)],
C – obwód przewodu [m],
c_p – ciepło właściwe powietrza, cp = 1000 J/(kg·K).

Analizie poddano 6 instalacji ogrzewania powietrznego w czterech rżnych budynkach (tabela 1): w budynku jednorodzinnym (I), klubie sportowym (II), budynku 5-kondygnacyjnym oraz budynku parterowym.