Zastosowanie kabli grzejnych, ułożonych na rurach, w sposób prosty i skuteczny zabezpieczy przed skutkami mroźnej zimy, pozwalając na bezawaryjną pracę instalacji wodociągowej i kanalizacyjnej.
Artykuł sponsorowany
Zastosowanie kabli grzejnych, ułożonych na rurach, w sposób prosty i skuteczny zabezpieczy przed skutkami mroźnej zimy, pozwalając na bezawaryjną pracę instalacji wodociągowej i kanalizacyjnej.
Warunki zimowe nie są sprzyjającym okresem dla instalacji wodociągowych narażonych na działanie niskich temperatur. Dotyczy to fragmentów instalacji wodociągowych zewnętrznych, położonych w gruncie lub przebiegających przez nieogrzewane pomieszczenia. Zamarzanie wody w rurach może spowodować uszkodzenia rur i związaną z tym konieczność usunięcia powstałej awarii. Usuwanie awarii w warunkach zimowych jest bardzo uciążliwe i kosztowne. Można tego uniknąć układając na rurach kable grzejne pod warstwą otuliny termoizolacyjnej. Zastosowanie warstwy termoizolacyjnej na kablach grzejnych jest warunkiem prawidłowej pracy systemu ogrzewania. Ogrzewanie rur polega na dostarczeniu odpowiedniej ilości ciepła pod termoizolacją, równoważąc straty ciepła do otoczenia. Wytwarzające ciepło kable grzejne nagrzewają się do temperatury około 65 oC. Taka temperatura nie stwarza niebezpieczeństwa uszkodzenia rury wykonanej z PCV jak również materiału, z jakiego wykonana jest otulina termoizolacyjna. Odporność termiczna typowych materiałów termoizolacyjnych określana jest na minimum 95 oC.
Korzyści płynące z zastosowania ogrzewania rur:
zapewnienie ciągłości przepływu wody
eliminacja roszenia rur
możliwość zmniejszenia głębokości ułożenia rur w gruncie
Zaletą kabli grzejnych jest ich długa żywotność, niezawodność działania, szybki i łatwy montaż oraz brak konieczności przeprowadzania okresowych przeglądów i niskie koszty eksploatacji.
Określanie strat ciepła.
Metoda doboru mocy kabli grzejnych zabezpieczających rury wodociągowe lub kanalizacyjne polega na określeniu strat ciepła wynikających z konieczności utrzymania stałej dodatniej temperatury we wnętrzu rury i założonej najniższej temperatury otoczenia. Straty można określić metodą obliczeniową lub skorzystać z przygotowanych materiałów w postaci tabeli. Niezbędne jest posiadanie podstawowych danych takich jak: średnica zewnętrzna rury, grubość warstwy termoizolacji oraz najniższa temperatura otoczenia i wymagana temperatura we wnętrzu rury.{mospagebreak}
Obliczenia strat ciepła dokonać można posługując się wzorem:
Q = wartość strat ciepła [W]
l = współczynnik przewodności cieplnej izolacji termicznej [W/m K]
tr = temperatura we wnętrzu rury [oC]
tu = temperatura otoczenia [oC]
D = średnica zewnętrzna rury (z izolacją) [m]
d = średnica zewnętrzna rury [m]
B = współczynnik bezpieczeństwa
1,28 dla kabli samoregulujących
1,36 dla kabli o stałej mocy
Wartość współczynnika przewodności cieplnej l, zależna jest od rodzaju zastosowanego materiału otuliny termoizolacyjnej.
Dla najczęściej stosowanych materiałów współczynnik λ [W/m K] wynosi:
pianka polietylenowa – 0,038
wełna mineralna (z włókien szklanych) – 0,032
wełna mineralna (z włókien skalnych) – 0,037
sztywna pianka poliuretanowa – 0,033
wełna mineralna – 0,034
Korzystając z Tabeli 1 można określić wartość ln D/d dla x = D/d.
Przykład 1
Rurociąg przebiega na odkrytej przestrzeni. Instalacja wykonana jest z rury stalowej. Otulina termoizolacyjna z wełny mineralnej. Do ogrzewania wykorzystamy kable grzejne o stałej mocy.
Dane:
D = 0,055 m (25 mm + 30 mm = 55 mm) – średnica zewnętrzna rury (z izolacją)
d = 0,025 m (1”/25 mm = 0,025 m) – średnica zewnętrzna rury
l = 0,032 (W/m K) – współczynnik przewodności cieplnej izolacji termicznej
tr = + 5 oC – temperatura we wnętrzu rury
tu = – 15 oC – temperatura otoczenia
B = 1,36 – współczynnik bezpieczeństwa
Z obliczeń wynika, że dla założonych wyżej warunków, na 1 m rury musimy dostarczyć moc 7,8 W.{mospagebreak}
Określenia strat ciepła możemy także dokonać posługując się Tabelą 2.
Dla wcześniej założonych warunków wartość strat ciepła na 1 m rury, według tabeli wynosi: 7,1 W.
Niewielka różnica między wynikiem obliczeń i wartością z Tabeli 2 polega na małej dokładności w obliczeniu ln D/d. Zasadniczo różnica taka nie ma wpływu na właściwe zabezpieczenie rury przed przemarzaniem.
Dla obliczonych wartości strat ciepła należy również uwzględnić współczynniki: B1 – zależny od umiejscowienie rurociągu, B2 – zależny od zastosowanego materiału termoizolacyjnego i B3 – zależny od materiału, z jakiego wykonana jest rura.
Wartości współczynników:
B1:
otwarta przestrzeń – 1
zamknieta przestrzeń – 0,9
B2:
rura stalowa – 1
rura z tworzywa sztucznego – 0,7
B3:
wełna szklana – 1
poliuretany – 0,74
wełna mineralna (z włókien szklanych) – 1,19
wełna mineralna (z włókien skalnych) – 1,38
pianka szklana – 1,48
Ostateczną wartość strat ciepła należy obliczyć według wzoru:
Znając wartość strat ciepła na rurach można przystąpić do doboru odpowiednich kabli grzejnych.{mospagebreak}
Dobór kabli grzejnych.
Do ogrzewania rur można zastosować kable grzejne o stałej mocy lub kable samoregulujące. W praktyce najczęściej stosowane są kable grzejne o stałej mocy jednostkowej 10 W/m oraz kable samoregulujące o mocach jednostkowych: 10 W/m; 15 W/m i 25 W/m w temperaturze 10 oC. Podawanie mocy jednostkowej w określonej temperaturze jest niezbędne dla kabli samoregulujących, ponieważ ilość wydzielonej na nich mocy zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do zmian temperatury otoczenia. Zatem kable samoregulujące samoczynnie dopasowują ilość wydzielonej na nich mocy do temperatury otoczenia. Kable grzejne o stałej mocy wydzielają stałą ilość mocy, niezależnie od zmian temperatury, w której się znajdują.
W zależności od strat ciepła i rodzaju zastosowanego kabla grzejnego zachodzi potrzeba ułożenia wzdłuż rury jednego, dwóch, trzech lub nawet czterech odcinków kabla. [rys. 4,5]. Sposób montażu kabli grzejnych w takich przypadkach pokazano na rys. 6. Należy zwrócić uwagę, że kabel nigdy nie jest mocowany w najniższej części rury. Prawidłowo zamocowany kabel powinien w przekroju rury być w punkcie ustalonym przez pokazaną na rys. 6 tarczę zegara jako godzina 4.30 lub 7.30.
W większości przypadków do ogrzewania rur przebiegających nad powierzchnią gruntu, o średnicach do 50 mm, z izolacją nie mniejszą niż 50 mm wystarczające będą kable grzejne o stałej mocy jednostkowej 10 W/m. Przy założeniu, że temperatura zewnętrzna nie spadnie poniżej: –30 oC.
System ogrzewania rurociągów przy zastosowaniu kabli grzejnych wymaga spełnienia pewnych podstawowych warunków:
przed ułożeniem kabla grzejnego należy sprawdzić czy rury nie posiadają uszkodzeń i czy nie występują na nich przecieki
kabel grzejny powinien być na całej swojej długości przymocowany do powierzchni rur przy pomocy samoprzylepnej taśmy aluminiowej
taśma mocująca powinna posiadać nadruk z ostrzeżeniem, że pod nią znajdują się kable grzejne zasilane napięciem 230 V AC
powierzchnie rurociągów muszą być oznakowane etykietami ostrzegawczymi, co około 5 m, z ostrzeżeniem o kablach grzejnych zasilanych napięciem 230 V AC
ekrany kabli grzejnych muszą być podłączone do przewodu ochronnego instalacji elektrycznej
system ogrzewania rurociągów wymaga zabezpieczenia przed porażeniem prądem elektrycznym – zabezpieczenia różnicowo-prądowe
kable grzejne nie mogą być układane w temperaturze otoczenia poniżej – 5 oC
kable grzejne o stałej mocy nie mogą się stykać, ani krzyżować
podłączenia systemu ogrzewania do instalacji elektryczne musi dokonać elektryk z odpowiednimi uprawnieniami SEP
Zbigniew Gałązka
fot. DEVI
Autor jest pracownikiem Firmy DEVI Polska
ZAMÓW PRENUMERATĘ
Artykuł zamieszczony
w „Inżynierze budownictwa”,
kwiecień 2007.
