Jak zabezpieczyć rury przed zamarzaniem?

Właściwie dobrane zabezpieczenia, odpowiedzialne za ochronę rur przed zamarzaniem, zapewnią komfort użytkowania budynku, a co najważniejsze, pozwolą uniknąć wysokich kosztów związanych z odmrażaniem oraz ewentualną wymianą uszkodzonych fragmentów instalacji wodnej.

Zacznijmy może od zalet systemów ogrzewania rur. O ile zapobieganie zamarzaniu jest oczywiste, to dodatkowo zyskać można utrzymywanie w rurach ciepłej wody. Przewód grzewczy dobieramy w zależności od temperatury, jaką chcemy uzyskać w rurach. Na rynku dostępne są przewody pozwalające przykładowo na podtrzymanie 45, 65 lub od 50 do 70°C. System zapobiega rozwojowi, w rurach doprowadzających ciepłą wodę, bakterii Legionella. Podkreśla się, że jeżeli zastosowanie znajdą przewody samoregulujące, to można zrezygnować z układu cyrkulacji ciepłej wody (pompy cyrkulacyjnej i rurociągów powrotnych). Należy przy tym pamiętać o korzyściach finansowych. Ciepła woda ma właściwą temperaturę w każdym miejscu jej poboru. Straty zarówno wody, jak i energii niezbędnej do jej podgrzewania, są więc mniejsze. Używając wyłącznika czasowego nie trzeba podgrzewać wody podczas nieobecności domowników. Instalacje mogą być montowane pod typowymi powierzchniami. Bazując na pomiarze wilgotności i temperatury, sterownik odpowiednio koordynując pracę systemu grzejnego, pozwala na zaoszczędzenie około 75% energii elektrycznej w stosunku do systemów tylko z pomiarem temperatury. Dokładność pomiarów cyfrowych czujników, współpracujących ze sterownikiem jest dużo większa od czujników analogowych.

Cechy przewodów grzewczych

Mówiąc o przewodach, które znajdują zastosowanie przy ochronie rur przed zamarzaniem, należy mieć na uwadze kilka ich wersji. Przede wszystkim mogą być one układane na rurach oraz wewnątrz rur. Zastosowanie znajdują również przewody pozwalające na utrzymywanie temperatury rur kanalizacyjnych, które zawierają substancje tłuszczowe. Warto podkreślić, że przewody mogą być stosowane zarówno w instalacjach z rurami metalowymi, jak i wykonanymi z tworzywa sztucznego. Przewody zazwyczaj są układane wzdłuż rurociągu pod warstwą izolacji.

Wybrać można pomiędzy przewodami samoregulującymi i stało oporowymi. Przewody samoregulujące zazwyczaj uwzględnia się jako źródła ciepła pracujące w otwartych przestrzeniach. Przewód jest zasilany jednostronnie bez konieczności stosowania regulatora. W kontekście właściwości w postaci zmiennej rezystancji w stosunku do temperatury zewnętrznej element wytwarza odpowiednią ilość ciepła. Z kolei przewody stałooporowe uwzględnia się jako źródło ciepła w miejscach narażonych na działanie niskich temperatur. Urządzenia tego typu są zasilane jednostronnie, a ich zakończenie stanowi wtyczka wpinana bezpośrednio do sieci 230 V. Elementy bazują na własnym sterowaniu w postaci termostatu.

Sterowanie

Należy pamiętać, że zestawy bazujące na przewodzie samoregulującym nie wymagają stosowania regulatora temperatury. Wystarczy jedynie ręczne wyłączanie systemu w temperaturze powyżej 0°C. Jednak zastosować można urządzenie realizujące samoczynnie czynności w tym zakresie. Najprostszy sterownik tego typu, przeznaczony do montażu na szynie DIN, wyposażony jest w czujnik temperatury. Na uwagę zasługują niewielkie wymiary urządzenia (2 moduły). O trybach pracy sterownika informują diody LED. Bardziej zaawansowane modele są w stanie współpracować z dwoma czujnikami temperatury, z których drugi pełni rolę czujnika limitującego. Komfort użytkowania z pewnością poprawi podświetlany wyświetlacz o dużych rozmiarach, informujący użytkownika o parametrach pracy urządzenia. Na uwagę zasługuje regulowana histereza pozwalająca na określenie dokładności pomiaru temperatury. W warunkach przemysłowych z pewnością przydadzą się czujniki mogące pracować w szerokim zakresie temperatur mieszczących się pomiędzy -40°C a 120°C. Niektóre modele regulatorów zaprojektowano z myślą o montażu na tablicy rozdzielczej.

Zalety przewodów samoregulujących

Dużym uznaniem cieszą się samoregulujące przewody grzejne. Zazwyczaj przybierają one formę gotowych zestawów przeznaczonych do bezpośredniego układania z uwzględnieniem określonych długości. Zakończenie stanowi przewód zasilający. Zastosować można również przewody na bębnie, a ich długości dostosowuje się do konkretnych wymagań obiektowych. W takich rozwiązaniach istotną rolę odgrywa odpowiednie zakończenie przewodu oraz połączenie z przewodem zasilającym. Przydatne rozwiązanie stanowią samoregulujące przewody grzejne na bębnie przeznaczone do stosowania wewnątrz rurociągu.

Jak zatem działają przewody samoregulujące? Ich konstrukcja bazuje na dwóch równolegle ułożonych przewodach miedzianych, które są połączone ze sobą rdzeniem z usieciowanego polimeru z dodatkiem grafitu. Powstały w ten sposób rdzeń stanowi samoregulujący element grzejny z rezystancją zmieniającą się w zależności od temperatury. W efekcie przewody zwiększają swoją moc grzejną w przypadku spadku temperatury ogrzewanego elementu a zmniejszą gdy temperatura wzrasta.

Zalet wynikających ze stosowania przewodów samoregulujących jest wiele. Oprócz wspomnianej już możliwości dostosowania długości do indywidualnych wymagań aplikacji ważny jest łatwy dobór przewodów oraz możliwość krzyżowania, dzięki czemu zdecydowanie łatwiejsze są czynności związane z układaniem przewodu szczególnie na zaworach i kołnierzach. Wraz ze spadkiem temperatury otoczenia w sposób samoczynny zwiększa się moc przewodu grzejnego. Ważne jest, że przewody samoregulujące nie mogą się przegrzać nawet w miejscach krzyżowania, bowiem zmiana mocy następuje wyłącznie w miejscach, gdzie występują zmiany temperatury. Miejsca te nie wpływają na moc grzejną w innych miejscach.

Izolacje techniczne

Pomimo stosowania elektrycznych systemów odpowiedzialnych za ochronę rur przed zamarzaniem istotną rolę odgrywa odpowiednia izolacja c.o. i c.w.u. Oprócz tego izolacja techniczna zapewnia komfort użytkownikom instalacji wodnej. Wynika on na przykład z niemal natychmiastowego uzyskania cieplej wody po uruchomieniu przepływu w armaturze. Oferowane na rynku materiały tego typu to zazwyczaj maty lub otuliny. Najczęściej są to tworzywa sztuczne takie jak poliuretan, polietylen, kauczuk modyfikowany, polistyren ekspandowany (styropian) lub wełna mineralna. Grubość izolacji jest zależna od przynajmniej kilku czynników.

Z obszernej oferty rynkowej do dyspozycji pozostają przede wszystkim otuliny izolacyjne z półsztywnego poliuretanu. Interesujące rozwiązanie stanowią materiały izolacyjne z płaszczem PVC. Komfort montażu z pewnością poprawi automatyczne zamknięcie. Bazuje ono na wzdłużnym rozcięciu i taśmie montażowej. Materiał wykonania stanowi otulina z pianki poliuretanowej z otwartymi porami. Spektrum zastosowania izolacji obejmuje instalacje centralnego ogrzewania, ciepłej i zimnej wody w budynkach mieszkalnych, a także w obiektach użyteczności publicznej i przemysłowych.

Decydując się na zastosowanie izolacji, bazującej na wełnie mineralnej, do dyspozycji pozostają produkty w postaci otuliny izolacyjnej z nacięciem wzdłużnym. Produkt tego typu sprawdzą się przede wszystkim jako izolacje termiczna rurociągów ciepłej i zimnej wody użytkowej, a także przewodów klimatyzacyjnych, wentylacyjnych oraz słonecznych. Współczynnik przewodzenia ciepła przy grubości nominalnej ? 40 mm wynosi 0,036 W/m·K. W przypadku grubości powyżej 40 mm współczynnik przewodzenia ciepła osiąga 0,038 W/m·K. Jako zalety produktów tego typu wymienia się przede wszystkim stabilność formy oraz wytrzymałość na zginanie.

Zabezpieczając rury instalacyjne przed utratą ciepła należy pamiętać również o odpowiedniej izolacji łukowych kształtek i zagięć. Producenci, wraz z izolacjami technicznymi, oferują gotowe produkty w tym zakresie. Zastosować można więc izolacje kolana z pianki polietylenowej. Sprawdzi się ona na zagięciach łukowych oraz w trudnodostępnych miejscach rurociągów. Przydatne rozwiązanie stanowią zestawy do izolacji kolan, składające się z izolacji wewnętrznej z polietylenu oraz płaszcza PVC. Specjalny zestaw nabyć można również z myślą o kolanach hamburskich. W skład zestawu wchodzi wkład PUR oraz płaszcz PVC.

Z myślą o instalacjach sanitarnych oferowane są węże izolacyjne wykonane z miękkiej pianki polietylenowej o zamkniętych porach. Odporność na działanie czynników mechanicznych zapewnia zewnętrzna folia ochronna. Gęstość izolacji objętościowej wynosi 35 kg/m3.

Warto zwrócić uwagę na cienkościenne węże izolacyjne wykonane z miękkiej pianki polietylenowej i płaszcza foliowego, który jest odporny na rozrywanie. Warstwę wewnętrzną pokryto folią poślizgową. Gdzie zatem stosuje się węże tego typu? Przede wszystkim sprawdzą się one jako izolacja przewodów z zimną wodą. Zastosowanie obejmuje również miejsca, gdzie elementy instalacji pozostają bez powłok.

Podsumowanie

Na etapie doboru poszczególnych elementów systemu przeciwzamarzaniowego należy mieć na uwadze uzyskanie mocy grzejnej w celu skompensowania strat ciepła. Można przeprowadzić samodzielne obliczenia lub skorzystać z tabel oferowanych przez producentów. W procesie sterowania niejednokrotnie zastosowanie znajdują specjalne termostaty. Jest więc mierzona temperatura powierzchni rurociągu w najzimniejszym jego punkcie, po czym załączane są obwody grzejne w momencie gdy temperatura osiągnie nastawioną wartość. Przydatne rozwiązanie stanowią termostaty z funkcją oszczędzania energii. Pracę obwodów ustalają one z uwzględnieniem pomiaru temperatury otoczenia zgodnie z opracowanym w tym celu specjalnym algorytmem PASC (sterowanie proporcjonalne względem temperatury otoczenia).

Instalując elektryczny system odpowiedzialny za zapewnienie ochrony przed zamarzaniem rur należy zwrócić szczególną uwagę odpowiednie połączenie obwodu zasilającego z przewodem grzejnym. Zasilanie zazwyczaj bazuje na przewodzie zasilającym zimnym lub mufie połączeniowej, która znajduje się na ogrzewanym rurociągu pod izolacją. Do połączenia zastosować można specjalne zestawy połączeniowe lub puszki przyłączeniowe.

Damian Żabicki

Literatura:
Materiały informacyjne firm:
Steinbacher, Zamel, Pentair Thermal, Rockwool, Paroc, Armacell