Spis treści
Dlaczego ochrona rur przed zamarzaniem jest konieczna?
Problem zamarzania instalacji wodnych i centralnego ogrzewania pojawia się wtedy, gdy temperatura otoczenia spada poniżej 0°C (punktu zamarzania wody), a instalacja nie jest odpowiednio zabezpieczona przed utratą ciepła i oddziaływaniem niskich temperatur. Dotyczy przede wszystkim fragmentów instalacji narażonych na bezpośredni kontakt z niskimi temperaturami otoczenia, takich jak rury prowadzone na zewnątrz budynków, w nieogrzewanych pomieszczeniach (np. piwnicach, garażach, na strychu) lub w ścianach zewnętrznych o słabej izolacji termicznej.
Problem ten jest uciążliwy w przypadku małych instalacji w domkach letniskowych, budynkach gospodarczych oraz w miejscach, gdzie instalacja jest rzadko używana, a przepływ wody jest ograniczony, co sprzyja jej zamarzaniu.
W budynkach kubaturowych problem zamarzania instalacji wodnych i centralnego ogrzewania również występuje i dotyczy przede wszystkim:
- rur prowadzonych w nieogrzewanych przestrzeniach technicznych. Często w dużych budynkach znajdują się przestrzenie techniczne, takie jak szyby instalacyjne, przestrzenie pod stropami, czy nieogrzewane garaże podziemne;
- instalacji na obrzeżach budynku. Rury prowadzone w pobliżu ścian zewnętrznych, szczególnie tych o słabej izolacji, są bardziej narażone na zamarzanie;
- systemów tryskaczowych. W budynkach użyteczności publicznej i przemysłowych systemy tryskaczowe, które często przebiegają przez nieogrzewane przestrzenie, mogą być narażone na zamarzanie;
- instalacji zewnętrznych. Wszelkie zewnętrzne punkty poboru wody, hydranty, czy rury doprowadzające wodę do zewnętrznych urządzeń, wymagają zabezpieczenia przed zamarzaniem;
- fragmentów instalacji z ograniczonym przepływem. W dużych budynkach niektóre odcinki instalacji mogą być rzadziej używane, co sprzyja zamarzaniu wody w rurach.
Niskie temperatury stanowią poważne zagrożenie dla systemów hydraulicznych, prowadząc do szeregu uszkodzeń. Ryzyko rośnie w instalacjach z wodą stojącą, bez cyrkulacji, a także w przypadku braku automatyki zabezpieczającej. Podczas zamarzania objętość wody się zwiększa. To właśnie jest przyczyną pękania rur i innych elementów instalacji wodnych, gdy woda w nich zamarza. Siła wywierana przez rozszerzający się lód jest bardzo duża i może pokonać wytrzymałość materiałów, z których wykonane są rury.
Z tych względów skuteczna ochrona rur przed zamarzaniem, poprzez odpowiednią izolację termiczną i zastosowanie ogrzewania rur w postaci przewodów grzejnych, jest niezbędne dla zachowania sprawności i uniknięcia kosztownych napraw instalacji wodnych. Zaniedbania w tym zakresie mogą skutkować poważnymi awariami i przestojami w funkcjonowaniu budynków.
i
Ochrona rur przed zamarzaniem - jakie stosuje się metody?
Izolacja termiczna rur jako podstawowa ochrona
Podstawową ochronę cieplną zapewniają otuliny termoizolacyjne. Do ich produkcji wykorzystuje się materiały o niskim współczynniku przewodzenia ciepła, takie jak pianka polietylenowa (PE), kauczuk syntetyczny (elastomer) czy wełna mineralna. Osłania się nimi rurociągi na tych fragmentach, które przebiegają przez pomieszczenia nieogrzewane, oraz wszędzie tam, gdzie mogą być narażone na działanie niskiej temperatury.
Wymóg zastosowania otulin termoizolacyjnych na rurociągach, którymi przepływa woda, czyli zarówno wodnych (ciepłej wody użytkowej, cyrkulacyjnych), jak i centralnego ogrzewania, wynika także z obowiązku oszczędzania energii i jest zawarty w Warunkach technicznych, jakim powinny odpowiadać budynki i ich usytuowanie.
Zadaniem otulin jest ochrona przed stratami ciepła podczas przesyłania czynnika grzewczego, co korzystnie wpływa na efektywność systemu. Nowoczesne otuliny są estetyczne i łatwe do zakładania. Ważne jest szczelne przyleganie otuliny do rury, eliminacja mostków termicznych oraz odporność na zawilgocenie. Dla instalacji prowadzonych w gruncie dodatkowo stosuje się warstwę hydroizolacyjną i system rur ochronnych. Na zewnątrz stosuje się osłony z tworzyw sztucznych lub blachy aluminiowej.
Systemy ogrzewania rur – zasada działania i skuteczność
W przypadku instalacji szczególnie narażonych na zamarzanie warto stosować systemy aktywne, czyli różne rodzaje ogrzewania elektrycznego, takie jak elektryczne kable grzejne.
Mogą to być systemy bazujące na:
- przewodach grzejnych samoregulujących - automatycznie dostosowują moc grzewczą do temperatury otoczenia;
- przewodach grzejnych stałooporowych (z termostatem lub regulatorem czasowym) - generują stałą moc grzewczą, niezależnie od temperatury otoczenia.
Przewody grzejne montuje się bezpośrednio na rurach lub wzdłuż nich, pod warstwą otuliny. Kable grzewcze są łatwe w montażu. Trzeba je stosować zgodnie z przeznaczeniem – wewnątrz budynku, lub na zewnątrz. Do systemu podłącza się czujnik temperatury oraz układ sterujący (najlepiej z funkcją zabezpieczenia przed przegrzaniem). Systemy takie są niezawodne i pozwalają na utrzymanie temperatury w rurociągach nawet w ekstremalnych warunkach zimowych.
Taśmy grzewcze działają na podobnej zasadzie jak kable grzewcze, ale mają formę płaskiej taśmy. Są szczególnie przydatne do ogrzewania rur o dużych średnicach lub o nieregularnych kształtach. Taśmy grzewcze są również łatwe w montażu i mogą być stosowane w różnych warunkach.
Automatyczne systemy wykrywające spadki temperatury
Coraz częściej profesjonalne instalacje zabezpiecza się przy użyciu zintegrowanych systemów zarządzania budynkiem - BMS, z angielskiego Building Management System. To zintegrowane systemy automatyki budynkowej, które służą do monitorowania i zarządzania różnorodnymi instalacjami i urządzeniami technicznymi znajdującymi się w budynku i jego otoczeniu. Ich głównym celem jest optymalizacja pracy budynku pod kątem komfortu użytkowników, efektywności energetycznej, bezpieczeństwa oraz kosztów eksploatacji. Umożliwiają one monitorowanie temperatury rurociągów, stanu urządzeń grzewczych i natychmiastową reakcję na zagrożenia. Możliwa jest także integracja systemu ochrony rur z systemem przeciwpożarowym (na przykład w instalacjach hydrantowych), co gwarantuje ciągłość działania nawet przy niskich temperaturach.
i
Rodzaje ogrzewania rur
Kable grzejne stałooporowe generują ciepło poprzez przepływ prądu elektrycznego przez materiał o określonym oporze. Ich moc grzewcza jest stała na całej długości i niezależna od temperatury otoczenia.
Zalety i wady kabli stałooporowych
- Zalety: prosta konstrukcja, niski koszt zakupu, łatwa instalacja na prostych odcinkach rur, szeroki zakres temperatur pracy, możliwość pracy w zanurzeniu i wilgotnym środowisku. Dostępne w gotowych odcinkach o określonej mocy i napięciu zasilania (często 230V lub 400V).
- Wady: stała moc grzewcza prowadzi do wyższego zużycia energii w cieplejszych warunkach, ryzyko przegrzania w przypadku krzyżowania się kabli lub braku odprowadzania ciepła, wymagają precyzyjnego doboru długości (skracanie jest niedopuszczalne), konieczność stosowania termostatów do regulacji temperatury i ochrony przed przegrzaniem.
Samoregulujące kable grzejne mają półprzewodnikowy rdzeń, którego oporność zmienia się w zależności od lokalnej temperatury. Wraz ze spadkiem temperatury oporność maleje, zwiększając przepływ prądu i generowaną moc cieplną, i odwrotnie.
Zalety i wady kabli samoregulujących
- Zalety: energooszczędność (automatyczne dostosowanie mocy do warunków), brak ryzyka przegrzania (możliwość krzyżowania i układania jeden na drugim), możliwość przycinania na wymiar w miejscu montażu, równomierne rozprowadzenie ciepła, szeroki zakres zastosowań (ochrona przed zamarzaniem, utrzymanie temperatury procesowej).
- Wady: wyższy koszt zakupu w porównaniu do kabli oporowych, moc grzewcza spada wraz ze wzrostem temperatury, co może być niekorzystne w niektórych zastosowaniach, wymagają odpowiedniego doboru mocy na metr bieżący w konkretnych przypadkach.
Taśmy i maty grzewcze – kiedy warto je stosować
Wybór między taśmą a matą grzejną zależy przede wszystkim od kształtu i charakteru ogrzewanego elementu oraz wymaganego rozkładu ciepła. Taśmy grzejne owija się wokół rur wodociągowych, kanalizacyjnych, spustów kondensatu, a nawet rynien i rur spustowych, aby zapobiec ich zamarzaniu i pękaniu w niskich temperaturach. W przemyśle taśmy grzejne służą do utrzymania zadanej temperatury cieczy lub substancji w rurociągach, zbiornikach i aparaturze, zapewniając ciągłość procesów technologicznych. Dzięki swojej elastyczności, taśmy grzejne dobrze sprawdzają się na elementach o złożonej geometrii, gdzie inne metody ogrzewania mogą być trudniejsze do zastosowania.
Z kolei maty grzejne są idealne do ogrzewania płaskich powierzchni, zapewniając równomierne rozprowadzenie ciepła na większym obszarze. Najpopularniejsze ich zastosowanie to wprawdzie ogrzewanie podłogowe, ale mogą też być wykorzystane do rozmrażania gruntu, form, maszyn i urządzeń. W niektórych zastosowaniach przemysłowych mogą służyć do utrzymania temperatury dużych płaskich elementów.
Grzałki i termostatyczne systemy ogrzewania rur
Grzałki i termostatyczne systemy ogrzewania rur stanowią zaawansowane rozwiązanie w precyzyjnym utrzymaniu temperatury w instalacjach. Grzałki elektryczne, montowane bezpośrednio wewnątrz lub na zewnątrz rur, oferują szybkie i efektywne dostarczanie ciepła. Mogą przyjmować różne formy, od spiralnych zanurzeniowych po zewnętrzne opaskowe. Kluczowym elementem tych systemów jest termostat, który umożliwia dokładną regulację temperatury medium w rurze lub samej powierzchni rury. Termostaty mechaniczne lub elektroniczne monitorują temperaturę za pomocą czujników i włączają/wyłączają grzałkę w zależności od ustawionych parametrów.
Polecamy:
- Odpowietrzanie instalacji grzewczych – zasady, metody i dobre praktyki
- Rozdzielacze do podłogówki i grzejników – rodzaje, budowa, funkcje
- Centralne ogrzewanie w budynkach wielorodzinnych – przewodnik po instalacjach c.o. pionowych i poziomych
- Niewidzialne wycieki ciepła – jak kamera termowizyjna pomaga wykryć nieszczelność w instalacji grzewczej?
Zaawansowane systemy grzewcze do rur
Zaawansowane systemy mogą integrować czujniki temperatury otoczenia i algorytmy PID (Proportional-Integral-Derivative), optymalizując zużycie energii i minimalizując wahania temperatury. W systemach ogrzewania rur z termostatami, algorytmy PID mogą być zaimplementowane w sterownikach elektronicznych termostatów. Czujnik temperatury mierzy aktualną temperaturę rury, a sterownik PID porównuje ją z zadaną wartością. Na podstawie obliczeń algorytmu, sterownik precyzyjnie reguluje moc grzałki, dążąc do utrzymania temperatury na żądanym poziomie z minimalnym błędem i oscylacjami.
Wykorzystanie algorytmów PID w systemach ogrzewania rur pozwala na bardziej efektywne zarządzanie energią, dokładniejszą kontrolę temperatury, zmniejszenie ryzyka przegrzania lub niedogrzania oraz poprawę stabilności pracy całej instalacji.
Wybór odpowiedniej grzałki i termostatu zależy od specyfiki danego zastosowania, wymaganego zakresu temperatur, dokładności regulacji oraz warunków środowiskowych, zapewniając efektywne zabezpieczenie przed zamarzaniem, utrzymanie temperatury procesowej czy wspomaganie przepływu w instalacjach o zwiększonej lepkości.
Instalacja i eksploatacja
Jak prawidłowo dobrać kable grzewcze? Przede wszystkim kluczowe jest precyzyjne określenie zastosowania systemu ogrzewania: jakie instalacje ma chronić przed zamarzaniem oraz w jakim środowisku będzie pracować, uwzględniając potencjalne narażenie na zmienne warunki atmosferyczne, wilgoć i inne czynniki. Powinno się też określić materiał, średnicę i długość rury lub innego elementu, który ma być ogrzewany.
Przy doborze potrzebne będzie też określenie mocy grzewczej, którą można przeliczyć na metr długości rury lub na cały ogrzewany element. Zbyt mała moc nie zapewni skutecznej ochrony, a zbyt duża będzie generować niepotrzebne koszty energii i może prowadzić do przegrzania. Należy też upewnić się, że wybrany system ogrzewania ma odpowiednie certyfikaty bezpieczeństwa i jest zgodny z obowiązującymi normami.
Jak prawidłowo zamontować kable grzewcze? Podczas montażu powinno się bezwzględnie przestrzegać wytycznych producenta danego systemu ogrzewania dotyczących przygotowania podłoża, stabilnego zamocowania, zastosowanych zabezpieczeń. Podłączenie elektryczne powinno być wykonane przez wykwalifikowanego elektryka zgodnie z obowiązującymi przepisami i normami. Należy zapewnić odpowiednie zabezpieczenia (bezpieczniki, wyłączniki różnicowoprądowe). W trakcie i po zakończeniu montażu należy przetestować działanie systemu, sprawdzając poprawność podłączenia, działanie termostatu i równomierność nagrzewania.
Ochrona rur przed zamarzaniem - podsumowanie
Skuteczność różnych metod ochrony rur przed zamarzaniem zależy od kilku czynników, w tym od warunków klimatycznych, rodzaju instalacji, materiału rur oraz zastosowanej metody. Izolacja termiczna to stosunkowo tania w zakupie i prosta w montażu pasywna ochrona działająca bez zasilania. Dodatkowo tłumi dźwięki przepływającej wody i chroni przed kondensacją. Jednak sama izolacja w niektórych przypadkach nie wystarczy w bardzo mroźne zimy lub w przypadku długotrwałego braku przepływu wody w rurze. Bardzo skuteczną metodą aktywnej ochrony są systemy ogrzewania elektrycznego, takie jak taśmy i kable grzejne. Najskuteczniejsze jest zazwyczaj łączenie metod. Na przykład, zaizolowanie rur i dodatkowe zastosowanie kabli grzewczych na najbardziej narażonych odcinkach zapewnia kompleksową i wysoce skuteczną ochronę przed mrozem.
- Przejdź do galerii: Ogrzewanie rur i ochrona instalacji przed mrozem
