Wydaje się, że dziś każdy, kto zawodowo ma do czynienia z instalacjami ciepłej wody użytkowej, wie, że izolacje termiczne tych instalacji są potrzebne nie tylko dlatego, że tak stanowi prawo budowlane, ale i z czysto finansowych powodów. Nie każdy jednak orientuje się, jak duże mogą być straty w przypadku braku izolacji albo niechlujnego czy pozorowanego ich wykonania.

Przypomnę, że zgodnie z obowiązującymi od 2009 r. przepisami, przewody ciepłej wody użytkowej w budynkach powinny być izolowane cieplnie otuliną o grubości ścianki:

• co najmniej 20 mm dla rur o średnicy do 22 mm;
• 30 mm dla rur o średnicy do 50 mm.

Wymagane grubości ścianek otuliny odnoszą się do materiału izolacyjnego o współczynniku przewodności cieplnej 0,035 W/ (m² · K). W przypadku zastosowania materiałów o innej izolacyjności, grubość otuliny należy tak dobrać, aby uzyskać wymaganą ochronę przed ucieczką ciepła (na porównywalnym poziomie lub wyższym).
Instalacje c.w.u. wykonywane przed 2009 r., czyli przed wprowadzeniem wspomnianych przepisów, oraz wiele późniejszych, wykonanych niezgodnie z tymi przepisami, dziś nie ma żadnej ochrony termicznej albo ta ochrona jest prowizoryczna. Czy takie instalacje należy zaizolować? – Postaram się ułatwić odpowiedź na to pytanie, posługując się dwoma prostymi przykładami.

Parametry izolacji termicznej

Dobierając izolację termiczną do instalacji, należy przeanalizować kilka podstawowych parametrów.
Są to głównie:

• nasiąkliwość, czyli zdolność do wchłaniania wody przez materiał;
• wytrzymałość mechaniczna – odporność na siły zginające, rozciągające i ściskające;
• porowatość – wielkość pustych przestrzeni wewnątrz materiału;
• współczynnik przewodzenia ciepła (λ) – parametr informujący, ile ciepła przenika przez materiał izolacyjny wyrażony w jednostce W/ (m · K). Im współczynnik jest niższy, tym materiał jest lepszym izolatorem;
• współczynnik dyfuzji pary wodnej (μ) – paroprzepuszczalność w odniesieniu do warunków określonych normowo dla powietrza. Wartość współczynnika dla danego materiału określa, ile razy jest on mniej przepuszczalny dla pary wodnej niż tej samej grubości warstwa powietrza.

1, 2. Niezaizolowana instalacja c.w.u. prowadzona w piwnicy. W wielu budynkach wcześniej poddanych tzw. termomodernizacji wciąż można się spotkać z takimi przykładami

Obliczenia strat ciepła

Obliczenia strat ciepła należą do kompleksowych zagadnień. Obejmują one obliczenia przepływu ciepła przez przewodzenie, konwekcję i promieniowanie, które są zależne od wielu czynników, jak przykładowo: temperatura, prędkość przepływu wody i otaczającego powietrza, wymiary przewodu i materiał, z jakiego rury są wykonane, położenie przewodów i rodzaj montażu. Na potrzeby artykułu, aby w możliwie prosty sposób określić straty energii, co z kolei pozwoli ocenić oszczędności z zastosowania izolacji termicznej, obliczenia przedstawione poniżej zostały uproszczone. W celu wyliczenia oszczędności oraz czasu amortyzacji inwestycji, konieczne było także wyznaczenie lub założenie czasu pracy instalacji, jak i aktualnych cen energii, współczynnika przyrostu tych cen, kosztów inwestycyjnych etc.

Przykład 1. Obliczenie strat ciepła wolno prowadzonej instalacji c.w.u. w piwnicy. Porównanie instalacji niezaizolowanej oraz zaizolowanej cieplnie.
Straty ciepła dla instalacji rurowej zgrubnie można obliczyć według poniższego wzoru. Obliczenie jest uproszczone, gdyż pominięte zostało przewodzenie ciepła, wewnętrzne przenikanie ciepła oraz wymiana ciepła przez promieniowanie w pomieszczeniu piwnicznym.

gdzie:
Δυ – różnica temperatury [K];
λ – współczynnik przewodzenia ciepła [W/ (m · K)];
da – średnica zewnętrzna izolacji [m];
di – średnica wewnętrzna izolacji [m];
αa – współczynnik przenikania ciepła między izolacją a otaczającym powietrzem [W/ (m2 · K)].

3. Izolacja termiczna instalacji c.o. lub c.w.u., [3]

Straty i oszczędności. Dla niezaizolowanej instalacji, np. ze średnią temperaturą medium na poziomie 60°C, strata ciepła w piwnicy (dobrze wentylowanej, średnia temperatura 16°C) wynosi 39 W/m. Gdy np. w całej piwnicy znajdują się takie cztery niezaizolowane przewody (instalacja rozprowadzająca, piony i cyrkulacja dla uproszczenia o tych samych średnicach) o łącznej długości 40 m, wówczas łączna strata ciepła wynosi aż 1,56 kW. Tymczasem strata ciepła dla zaizolowanej instalacji miedzianej DN 25 (izolacja 38 mm, przy wartości λ dla giętkiego polietylenu 0,04 W/ (m · K) wynosi jedynie 9 W/m.
Gdy pomnożymy różnicę wartości strat ciepła dla obu przypadków, czyli 30 W/m, przez aktualną cenę za jednostkę ciepła oraz czas pracy instalacji w roku (przy uwzględnieniu sprawności instalacji), otrzymamy uproszczony wynik w zakresie oszczędności kosztów energii w zł/rok.
Jeżeli np. założymy, że instalacja jest czynna przynajmniej 5800 godzin w roku, a cena gazu wynosi 12 gr/kWh, to zaizolowanie powyżej przedstawionej 40-metrowej instalacji w piwnicy przyniesie oszczędność około 835 zł/rok. Aby następnie określić czas amortyzacji inwestycji, należy koszty zakupu i wykonania izolacji podzielić przez szacowaną roczną oszczędność wynikającą z takiej termomodernizacji.

4a, b. Badania przy użyciu kamery termowizyjnej ułatwiają ocenę jakości wykonanej izolacji – zdjęcie termowizyjne niedostatecznie zaizolowanej instalacji w piwnicy, [2]

Przykład 2. Obliczenie strat ciepła instalacji ciepłej wody prowadzonej w stropie. Porównanie instalacji niezaizolowanej oraz zaizolowanej cieplnie.

Instalacja c.w.u. prowadzona w stropie budynku mieszkalnego nie została zaizolowana (rys. 5). Ciepło z tej instalacji dogrzewa więc pomieszczenia w sposób niekontrolowany i jest tracone. Spróbujmy określić, o ile mogłyby się zmniejszyć straty ciepła oraz koszty zużycia energii, gdyby instalacja ta została odpowiednio zaizolowana. Obliczenie strat ciepła dla montażu w stropie jest trochę bardziej skomplikowane niż przy wolnym prowadzeniu instalacji – stosuje się w tym przypadku algorytm opisany w [1], który bazuje na analitycznym rozwiązaniu równania różniczkowego drugiego stopnia:

Parametry uwzględnione w analizie naszego przypadku zostały podane w tabeli 1. Zgodnie z tymi parametrami, dla niezaizolowanej instalacji c.w.u. – w zależności od zastosowanej warstwy poziomującej – otrzymuje się wyniki zestawione w tabeli 2 (straty ciepła na metr bieżący przewodu).

Straty i oszczędności. Jak wynika z obliczeń, przy zastosowaniu cieplnej warstwy poziomującej (λA = 0,04 W/ (m K)), łączna strata ciepła do stropu (czyli do elementu budynku) z niezaizolowanej instalacji c.w.u. o łącznej długości 100 m (duży dom jednorodzinny) wynosi 1,2 kW. Gdy przyjmiemy te same wartości cen energii i czas pracy co w przykładzie pierwszym, wówczas koszty strat energii wyniosą około 850 zł/rok. Podobna instalacja zaizolowana otuliną grubości 26 mm traci o ponad połowę mniej ciepła, czyli około 5 W/m, a koszty strat ciepła zmniejszają się do 354 zł/rok. Wynik dla niezaizolowanej instalacji c.w.u. znacznie się pogarsza, gdy zamiast cieplnej warstwy poziomującej zastosowana zostanie warstwa chudego betonu (gęstość ok. 1300 kg/m³, λA ~= 0,7 W/ (m · K)). Straty ciepła z niezaizolowanej instalacji rosną do 42 W/m, a związane z tym koszty do 2975 zł/rok. Z izolacją o grubości 26 mm strata ciepła z instalacji ograniczona jest do 6 W/m.

5. Przekrój podłogi z instalacją c.w.u.: niezaizolowaną oraz zaizolowaną termicznie

Istotne argumenty

Z przedstawionych kalkulacji wyraźnie wynika, że izolacja instalacji c.w.u., zarówno prowadzonych po wierzchu w piwnicy, jak i w podłodze, wiąże się z istotnymi rocznymi oszczędnościami kosztów eksploatacji. Im dłuższa, bardziej rozległa jest niezaizolowana instalacja c.w.u., tym oczywiście większe mogą być straty energii i związane z tym koszty. Każde 10 metrów długości niezaizolowanej instalacji, która przebiega przez nieogrzewaną piwnicę, to strata około 200 zł rocznie. W niekorzystnych warunkach marnotrawi się w ten sposób nawet 15% energii cieplnej wytwarzanej w budynku czy dostarczanej do niego. Dziś do stosowania izolacji termicznej przewodów c.w.u. zobowiązuje prawo budowlane w zakresie spełnienia przez inwestorów minimalnych wymagań dotyczących ochrony instalacji przed utratą ciepła. Zaizolowanie instalacji jest jednak także sposobem na znaczące ograniczenie kosztów eksploatacyjnych. Po wykonaniu rachunku ekonomicznego w wielu przypadkach okazuje się, że jest to szybko amortyzująca się inwestycja.

Tabela 1. Założenia do obliczeń strat ciepła rur c.w.u. prowadzonych w stropie nad pomieszczeniem ogrzewanym

Tabela 2. Straty ciepła dla niezaizolowanej oraz zaizolowanej instalacji c.w.u. prowadzonej w stropie.

 

Literatura:
[1] Hanel, B.: Wärmeströme von Rohrleitungen in Fußbodenund Wandkonstruktionen. HeizungLüftung-Haustechnik 54 (2003) Nr. 6 und 7
[2] http://www.energie-effizient-sparen.de
[3] http://www.mpec.bialystok.pl

Autor: Maciej Danielak