Właściwości termoizolacyjne preizolowanych rur giętkich. Komentarz do normy PN-EN 15632-1:2009

Na system preizolowanych rur giętkich składają się rura przewodowa (gładka lub karbowana), warstwa izolacji termicznej oraz zewnętrzny płaszcz osłonowy. W zależności od rodzaju zespołu rurowego w normach serii PN-EN 15632 [1–4] przewidziano odpowiednie badania potrzebne do deklaracji zgodności ze specyfikacją.

Obejmują one m.in. wytrzymałość na ścinanie osiowe, elastyczność, nasiąkliwość, pełzanie przy ściskaniu oraz przewodność cieplną. Normy z serii PN­–EN 15632 [1–4] dotyczą zespołów z plastikową rurą przewodową (zespolonych lub niezespolonych) oraz z metalową rurą przewodową (obecnie tylko zespolonych). Zakres temperatury i ciśnienia, w jakich mogą być stosowane giętkie rury preizolowane, to 95–140°C oraz 6–25 barów. 

Zgodnie z wymaganiami normy PN-EN 15632-1:2009 [1] w zakresie izolacyjności termicznej (pkt 5.1) producent powinien zadeklarować wartości określające straty ciepła zespołu rurowego ułożonego w gruncie w odniesieniu do wszystkich produkowanych średnic.

Wartości te powinny być określane na podstawie przeprowadzonych badań laboratoryjnych oraz obliczeń wykonanych zgodnie z aneksem D.

Wykonanie kolejnych kroków obliczeniowych, potrzebnych do uzyskania deklarowanych wartości oporu cieplnego i zawartych w poszczególnych aneksach może jednak sprawiać pewne trudności.

ANEKS A

Pierwszy aneks dotyczy pomiarów oporu termicznego oraz przewodności rury preizolowanej odniesionych do długości (liniowy). Pomiar powinien być wykonywany w odniesieniu do całego zespołu rurowego zgodnie z normą PN-EN ISO 8497:1999 [5] oraz z warunkami podanymi w treści aneksu. Już w tej części pojawiają się nieścisłości.

Mimo iż aneks A odnosi się do wartości liniowych oporu cieplnego oraz przewodności cieplnej, wzór (A.3) opisano jako odniesiony do powierzchni (promieniowy) opór cieplny – choć samo równanie przedstawia opór liniowy.

Promieniowy opór cieplny powinien być opisany równaniem:

Z kolei wzór na przewodność cieplną (A.6) uwzględnia już promieniowe rozchodzenie się ciepła w próbce. Jednak i tu wkradł się niewielki błąd, przez który otrzymuje się ujemne wartości przewodności cieplnej. Zamiast:

powinno być:

gdzie:

L – długość próbki [m],

q – strumień ciepła [W],

φ₁ – temperatura na wewnętrznej powierzchni rury przewodowej [K],

J₄ – temperatura na zewnętrznej powierzchni płaszcza osłonowego [K],

d₁ – wewnętrzna średnica rury przewodowej [m],

d₄ – zewnętrzna średnica płaszcza osłonowego [m].

Takie niekonsekwencje w zapisach formalnych mogą nie tylko budzić wątpliwości osób (producentów) odpowiedzialnych za deklarowanie parametrów związanych z izolacyjnością termiczną, lecz także prowadzić do podawania niewłaściwych wartości parametrów produktów budowlanych wprowadzanych na rynek.

W normie PN-EN 15632-1:2009 [1] (pkt A.6) podano wymagania co do określania wartości deklarowanych promieniowego (nie zaś liniowego) oporu cieplnego oraz przewodności cieplnej oznaczanych jako R_decl oraz l_decl, które powinny być obliczone w odniesieniu do średniej temp. 50°C na podstawie pomiarów przeprowadzonych w co najmniej 3 wartościach temperatury.

Należałoby więc wyznaczać wartości promieniowe oporu cieplnego oraz przewodności cieplnej na podstawie bezpośrednich badań laboratoryjnych, podobnie jak w specyfikacji opisującej systemy rur preizolowanych ze sztywną rurą przewodową PN-EN 253:2009 [6] oraz w normie badawczej PN-EN ISO 8497:1999 [5], a tym samym uznać wzór (A.3) za błędny.

W aneksie A znajdują się także rysunki przekrojów zespołów rurowych z rurami gładkimi oraz karbowanymi wraz z oznaczeniami średnic przyjmowanych do obliczeń (rys. 1–2). Nie opisano natomiast systemu rur niezespolonych, w którym może występować szczelina powietrzna między rurą przewodową a izolacją termiczną (rys. 3). W związku z tym nie określono jednoznacznie, jakie wartości powinny zostać podstawione do wzoru, jak uwzględnić wpływ szczeliny powietrznej itp.

ANEKS B

Promieniowe wartości deklarowane powinny zostać określone zgodnie z aneksem B. W odniesieniu do danego systemu preizolowanych rur giętkich należy przeprowadzić pomiary co najmniej jednej z dwóch najmniejszych oraz jednej z dwóch największych produkowanych średnic.

Dodatkowo wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego powinna być wyznaczona zgodnie z normą PN-EN 12667:2002 [7] na próbkach pobranych z tej samej partii produkcyjnej, co badany zestaw rurowy. Wszystkie obliczenia powinny bazować na średniej temp. 50°C.

Na początku wyznaczany jest bezwymiarowy współczynnik korekcyjny f_cor (wzór B.1), mający uwzględniać wszystkie różnice między obliczonym oporem cieplnym zespołu rurowego (opartym na jego wartości deklarowanej) a wynikami pomiarów wykonanych zgodnie z aneksem A.

gdzie:

R – wartość promieniowego oporu termicznego określonego zgodnie z aneksem A [(m·K)/W],

λ_I – współczynnik przewodzenia ciepła izolacji zgodnie z normą PN-EN 12667:2002 [7] [W/(m·K)],

λ_S – współczynnik przewodzenia ciepła rury przewodowej [W/(m·K)],

λ_C – współczynnik przewodzenia ciepła płaszcza osłonowego [W/(m·K)],

d_x – średnica [m] obliczona zgodnie z rys. 1–2.

W przypadku średnic nominalnych, których opór cieplny nie był wyznaczony bezpośrednio na podstawie pomiarów laboratoryjnych, odpowiedni opór cieplny i przewodność cieplna powinny być interpolowane lub ekstrapolowane na podstawie współczynników korekcyjnych obliczonych z równania (B.1).

W miejsce oporu R powinna zostać wstawiona wartość obliczona według wzoru z aneksu A. Nie określono jednak, czy należy wstawić wartość obliczoną zgodnie z (A.3) czy obliczoną wartość promieniowego oporu cieplnego.

Następnie wyznaczane są wartości deklarowane promieniowego oporu cieplnego oraz promieniowej przewodności cieplnej (R_decl oraz λ_decl). Tu także popełniono błędy. Z prostego rachunku wykonanego na jednostkach wynika, że równania zostały zamienione. Zamiast wzoru na R_decl podany został wzór na λ_decl i odwrotnie. Według normy PN-EN 15632-1:2010 [1]:

Powinno być natomiast:

ANEKS C

Kolejny etap obliczeń opisano w aneksie C, dotyczącym określenia projektowej wartości promieniowego oporu cieplnego. Wartość ta, oznaczona jako R_design, wyznaczana jest ze wzoru (C.1). Także tutaj, podobnie jak w aneksie B, wzór został zapisany błędnie:

Powinno być:

gdzie:

λ_design – obliczeniowa wartość współczynnika przewodzenia ciepła materiału izolacyjnego [W/(m·K)],

f_m – współczynnik uwzględniający wpływ wilgoci,

f_a – współczynnik uwzględniający starzenie.

Projektowa wartość oporu cieplnego uwzględnia wpływ wilgoci oraz starzenia na przewodność termiczną zespołu rurowego. Tutaj norma podaje wartości współczynników korekcyjnych (f_m oraz f_a), z których można skorzystać, jeśli nie zna się dokładnych wartości.

ANEKS D

To ostatni etap obliczeń, dotyczący strat ciepła z przesyłanego medium do otoczenia. W części tej podano metody oraz zalecane poziomy odniesienia obliczeń strat ciepła z medium systemów z rurą pojedynczą ułożonych w ziemi, z pominięciem wpływu między rurą zasilającą i powrotną oraz między poszczególnymi rurami przewodowymi systemów podwójnych.

Przykład obliczeniowy

W tabeli przeanalizowano przykład obliczeniowy przeprowadzony zgodnie z równaniami zapisanymi w normie PN-EN 15632­­‑1:2009 [1] oraz z wzorami poprawionymi. Przyjęto następujące dane do obliczeń: J1 = 55°C, J4 = 45°C, d1 = 0,06 m, d2 = 0,08 m, d3 = 0,14 m, d4 = 0,16 m, q = 5,83 W, L = 1,2 m, λI = 0,030 W/(m·K), λS = 0,4 W/(m·K), λC = 0,4 W/(m·K).

Dane zestawione w tabeli świadczą wyraźnie o tym, że na podstawie obliczeń wykonywanych zgodnie z normą PN-EN 15632­‑1:2009 [1] otrzymuje się błędne wyniki. Aby uzyskać poprawne wartości deklarowane oporu cieplnego oraz przewodności cieplnej odniesionych do powierzchni badanej próbki (które z kolei są wykorzystywane w obliczeniach strat ciepła przez przewody sieci ciepłowniczych), należy przeprowadzić obliczenia według zmienionych wzorów.

Literatura

1. PN-EN 15632-1:2009, „Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 1: Klasyfikacja, wymagania ogólne i metody badań”.
2. PN-EN 15632-2:2010, „Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 2: Zespolone plastykowe rury przewodowe. Wymagania ogólne i metody badań”.
3. PN-EN 15632-3:2010, „Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 3: Niezespolone plastykowe rury przewodowe. Wymagania ogólne i metody badań”.
4. PN-EN 15632-4:2009, „Sieci ciepłownicze. System preizolowanych rur giętkich. Część 4: Zespolone metalowe rury przewodowe. Wymagania ogólne i metody badań”.
5. PN-EN ISO 8497:1999, „Określanie właściwości w zakresie przepływu ciepła w stanie ustalonym przez izolacje cieplne przewodów rurowych”.
6. PN-EN 253:2009, „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”.
7. PN-EN 12667:2002, „Właściwości cieplne materiałów i wyrobów budowlanych. Określanie oporu cieplnego metodami osłoniętej płyty grzejnej i czujnika strumienia cieplnego. Wyroby o dużym i średnim oporze cieplnym”.

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!

¹ Cytowane wzory zostały oznaczone takimi samymi numerami, jak w normie PN-EN 15632-1:2009 [1]