Izolace vodovodu v zemi: pravidla tepelné izolace venkovních větví

Vnější část stacionárního systému přívodu vody do rodinného domu se obvykle umisťuje do půdního masivu. Tím nezabírá místo na pozemku a je chráněna před mechanickými vlivy. Je však také nutné ji chránit před nízkými teplotami v mrazivém období. Co udělat, aby se v zimě zabránilo tvorbě ucpávek v potrubí?

Pro nepřetržité zásobování vodou v zimním období je nutné provést zateplení vodovodu v zemi. Povíme vám, jak chránit trubky uložené v zemi před promrzáním. V předloženém článku jsou podrobně popsány osvědčené varianty řešení tohoto úkolu.

Pravidla pro stavbu podzemního vodovodu

K promrzání podzemního vodovodu dochází v důsledku dosažení záporných teplot půdy. Jedním ze způsobů, jak zabránit vzniku problému, je vést trubky v hloubce, kde není dosaženo mínusových teplot.

V případě, že tento požadavek nebyl splněn, je nutné přijmout jiná opatření k zajištění nepřetržitého zásobování vodou.

Základní ustanovení normativních dokumentů

Podle bodu 11.40 souboru pravidel SP 31.13330.2012 musí být hloubka uložených trubek, měřeno ke dnu, o 0,5 metru větší než vypočtená hloubka pronikání nulové teploty do zeminy. To je nezbytné pro vyloučení vytváření ledových zátek v potrubí a prasknutí trubek v místech krystalizace vody, která při zamrzání zvětšuje svůj objem.

Vypočtenou hloubku podle bodu 11.41 těchto pravidel je třeba stanovit na základě terénních pozorování izočáry promrzání zeminy a rovněž se řídit zkušenostmi z provozu potrubí v dané oblasti.

Takové informace může mít hydrometeorologické centrum nebo organizace zabývající se vodárenstvím. Při nedostatku terénních údajů je třeba hloubku určit tepelnětechnickými výpočty.

V důsledku zamrznutí vodovodu často dochází k prasknutí trubek. Pokud jsou umístěny v zemi, jejich výměna zabere mnoho času.

Podle bodu 5.5.3 souboru pravidel SP 22.13330.2011 je třeba normativní hloubku sezónního promrzání zeminy při nedostatku údajů z dlouhodobých pozorování určovat na základě tepelnětechnických výpočtů uvedených na obrázku níže.

Hodnoty průměrné měsíční teploty vzduchu pro sídla subjektů Ruské federace je třeba brát z tabulky 5.1 souboru pravidel SP 131.13330.2012.

Hodnota vypočtené normativní hloubky sezónního promrzání zemin závisí na jejich typu a klimatických charakteristikách chladného období pro toto území.

V případě překročení získané hodnoty velikosti 2,5 metru, jakož i pro horské oblasti s prudkými změnami reliéfu terénu, klimatických nebo inženýrsko-geologických podmínek je třeba normativní hloubku promrzání zeminy určovat podle vzorců Přílohy “G” souboru pravidel SP 25.13330.2012.

Vypočtenou hloubku promrzání podle bodu 5.5.4 souboru pravidel SP 22.13330.2011 pro oblasti s nezápornými průměrnými ročními hodnotami teploty určují vynásobením normativní hodnoty koeficientem 1,1. Pro území se zápornými hodnotami tuto veličinu vypočítávají podle SP 25.13330.2012.

Ochrana před působením nízkých teplot

Ne vždy se podaří zcela nebo částečně položit vodovodní systém pod nulovou izotermu. Někdy to není možné z technických důvodů, například když je vývod vodovodního potrubí ze studny výše než hranice zóny promrzání půdy.

Hloubka úrovně promrzání se určuje podle klimatických specifik regionu, ve kterém se vodovod buduje.

Pro střední pásmo tato hodnota činí 1,0 – 1,3 m v závislosti na typu půdy. V oblastech s krutými zimami bude hloubka uložení potrubí podle pravidel více než 2,0 – 2,5 metru, což je velmi nákladné jak při pokládce, tak v případě nutnosti opravy.

V oblastech s chladnými a dlouhými zimami může hloubka výkopu pro pokládku vodovodu přesáhnout 2,0 – 2,5 metru v závislosti na typu půdy, ve které se potrubí pokládá.

Pokud není možné nebo je příliš nákladné umístit vodovod do velké hloubky, používají se pro jeho nepřetržitý provoz jiná opatření. Lze je rozdělit do dvou kategorií:

• Izolace. Určeno ke snížení tepelných ztrát objektu za jednotku času. Provádí se pomocí materiálů s nízkou tepelnou vodivostí.
• Ohřev. Určeno ke zvýšení teploty objektu. K provedení tohoto postupu je zapotřebí externí zdroj tepelné energie.

Výběr možnosti izolace nebo ohřevu venkovní větve vodovodu závisí na provozních podmínkách, teplotním režimu, geometrii systému, snadnosti provedených prací, stejně jako na účinnosti, nákladech a spolehlivosti způsobu řešení problému.

Způsoby zateplení venkovního vodovodu

Existuje mnoho způsobů izolace venkovního vodovodního systému umístěného v zemi. Pokud je dodávána pouze studená voda, není kvůli malému teplotnímu rozdílu tepelná vodivost použitých materiálů tak důležitá jako jejich životnost, pevnost nebo cena.

Pro dodávku teplé vody do venkovského domu centrální sítí se izolují nadzemní trasy. Kvůli velkému teplotnímu rozdílu mezi teplou vodou a okolním prostředím je věnována velká pozornost tepelné vodivosti materiálu.

Použití jednoduchých metod

V případě, že jsou potrubí umístěna prakticky na hranici zóny promrzání, lze pro vyloučení pravděpodobnosti zastavení dodávky vody provést elementární úkony, které nevyžadují velké investice ani kvalifikované provedení prací.

Pro jižní oblasti, kde je hloubka uložení vodovodu malá, stačí na podzim vykopat potrubí, zasypat je ekologicky čistým izolačním materiálem a znovu zakopat výkop.

K zateplení lze použít listí, slámu, hobliny nebo piliny. Mají nízkou tepelnou vodivost, ale do příští zimy stihnou v zemi shnít, proto je nutné tento postup každoročně opakovat.

Pokud jsou podle výpočtů trubky umístěny mírně nad úrovní, která zaručuje nezamrzání systému, lze místo prohloubení vodovodu problém vyřešit zvednutím nulové izotermy.

To lze provést dvěma způsoby:

• zvýšit tloušťku vrstvy zeminy nasypáním navrch;
• použít pro zateplení napadaný sníh.

V obou případech je střed pásu násypu zeminy nebo sněhu umístěn podél vodovodu a jeho šířka musí být alespoň dvakrát větší než hloubka uložení trubek.

Sníh je dobrý přírodní izolant. I jeho 30centimetrová vrstva dokáže snížit hloubku promrzání země na polovinu.

Násyp zeminy změní krajinu pozemku přilehlého k domu a zateplení pomocí rostlinných a dřevěných odpadů nebo sněhu je nutné provádět neustále. Proto se pro dlouhodobé a spolehlivé řešení problému zateplení vodovodu používají speciálně vyvinuté materiály.

Vodovod uložený pod úrovní sezónního promrzání půdy v regionu se zatepluje pouze v úseku procházejícím vrstvou v zimě zamrzajících hornin. Tepelná izolace se provádí od uvedené úrovně až po vstup trubky do domu.

Pokud je vodovod zaveden do domu přes nevytápěný sklep, který je umístěn pod hloubkou promrzání, provádí se zateplení v prostoru sklepa. Kolem úseku vodovodu se pak vytvoří dřevěný box a prostor mezi ním a trubkou se vyplní pilinami nebo čedičovou vatou.

Druhy a formy materiálů

Pro zateplení vodovodu se používají materiály, které jsou ve formě skořepin – tvarů kopírujících obrysy trubek a uzlů systému. Jsou vyrobeny z čedičové vaty, skleněné vaty, pěnového polystyrenu, extrudovaného polystyrenu, polyuretanové pěny, pěnového skla.

V případě použití minerální vaty a skleněné vaty je povinnou podmínkou pro podzemní uložení přítomnost fóliového obalu. Ten zabraňuje navlhnutí izolace, kvůli kterému se izolační vlastnosti materiálu prakticky zničí. Obal lze nahradit omotáním trubky s čedičovou izolací lepenkou.

Kvůli schopnosti volně vsakovat vlhkost se při budování podzemních sítí nepoužívá vatová tepelná izolace ve formě nařezaných desek nebo svinutých rohoží bez vnější hydroizolační ochrany.

Výjimkou může být uložení potrubí v betonových žlabech s vyplněním volného prostoru mezi žlabem a trubkou keramzitem nebo podobným materiálem.

Přítomnost konstrukčního spoje u válcových izolací na bázi skelné vaty umožňuje snadnou instalaci výrobku na vodovod.

Tepelně izolační skořepina představuje hotové polotovary válcového tvaru, jejichž vnitřní průměr odpovídá vnějšímu průměru trubek. Výrobky o délce od 60 cm do 2 metrů se skládají z jednoho celku s konstrukčním spojem, pokud je izolační materiál pružný, nebo z několika (obvykle dvou) segmentů. Hlavní výhodou segmentového izolačního materiálu je snadná montáž.

Spojení polovin relativně tenké skořepiny probíhá překrytím okraje jednoho prvku na další prvek, aby se zabránilo vzniku nechráněných úseků potrubí. Posun metrových úseků je obvykle 15–20 cm.

Pokud je třeba použít zesílenou izolaci, je lepší zvolit skořepinu s montážním zkosením na čelním okraji. Druhou možností zajištění těsných spojů je mírné posunutí částí skořepiny vůči sobě.

Pro vytvoření pevných spojů skořepiny a zvýšení tuhosti tepelně izolační konstrukce se doporučuje části skořepiny mírně posunout vůči sobě.

Při upevňování částí skořepiny se používá instalatérská páska. Ochrana napojení odboček trubek, ohybů a dalších uzlů systému se provádí pomocí speciálních tvarových dílů.

Tepelně izolační barva a nástřik polyuretanovou pěnou

Jedním z doplňkových řešení pro zabránění zamrznutí vnějšího vodovodního potrubí uloženého v zemi je kapalná nebo stříkaná tepelná izolace. Tato metoda umožňuje spolehlivě, bez spár a tepelných mostů chránit úseky se složitou geometrií, u nichž je použití standardních izolačních materiálů obtížné.

Polyuretanová pěna má kapalnou konzistenci a nanáší se na izolované objekty metodou nástřiku. Tento materiál má jeden z nejlepších ukazatelů tepelné vodivosti a řadu dalších pozitivních vlastností, ale má také závažnou nevýhodu: pro jeho aplikaci je potřeba speciální zařízení.

Polyuretanová pěna je jedním z nejlepších izolantů pro podzemní vodovod. Její nástřik je však technologicky náročný proces, který vyžaduje drahé zařízení, dodržování bezpečnostních předpisů a profesionální dovednosti.

Najít firmy, které se zabývají izolací pomocí polyuretanové pěny, není obtížné, protože se aktivně používá na různých objektech. Všichni poskytovatelé služeb však mají omezení minimální plochy nástřiku, takže najít cenově přijatelnou variantu jen kvůli 10 nebo 20 metrům potrubí se pravděpodobně nepodaří.

Speciální tepelně izolační barva pro izolaci trubek, podobně jako polyuretanová pěna, může být nanášena stříkáním. Prodává se v plechovkách, takže tento postup lze snadno provést svépomocí. Existuje také varianta v tekuté formě, která umožňuje natírat prvky vodovodu běžným malířským štětcem.

Tepelně izolační barva obsahuje přísady ve formě keramických mikrokuliček, pěnového skla nebo perlitu. Tepelná vodivost tohoto materiálu je poměrně nízká, ale kvůli tenké vrstvě nanášení může být sama o sobě nedostatečná pro řešení úkolu izolace části vodovodu procházející vrstvou promrzající půdy.

Vzhledem k vysokým nákladům je nanášení silné vrstvy tepelně izolační barvy drahé. Proto je její použití pro izolaci opodstatněné pouze na úsecích se složitou geometrií nebo v místech možného vzniku tepelných mostů.

Použití tepelně izolační barvy je opodstatněné jak pro venkovní, tak pro části vodovodního systému složité geometrie umístěné v nevytápěném sklepě nebo v zemi.

Avšak v případě použití ocelových trubek může být použití barvy po celé délce spolu s jinou izolací účelné z jiného důvodu. Přítomnost porézního materiálu ve složení vede k vysoké adhezi, čímž se eliminuje možnost vzniku vnější koroze, což je důležité pro kovové konstrukce umístěné v zemi.

Hotová komplexní řešení

Problém zamrzání venkovní větve vodovodu je velmi aktuální. Poptávka vytváří nabídku, a proto na trhu existuje velké množství hotových komplexních řešení v podobě tepelně izolovaných trubek a spojovacích prvků. Jedná se o potrubí obklopené izolací, která je uzavřena v pevném nebo flexibilním plášti.

Existují jak jednotrubkové, tak dvoutrubkové varianty hotového řešení izolace vnějšího uložení trubek. Pro běžné studené vodovodní potrubí jsou nejlepší volbou konstrukce s plastovými trubkami. Jsou levnější než kovová varianta a vyznačují se vysokou rychlostí montáže.

Izolované trubky z HDPE se dodávají v kotoučích o délce až 200 metrů. Pokládka vodovodních systémů na jejich základě může být provedena s minimálním počtem spojů.

Pokud se jako vnější plášť použije vlnitý materiál, je možné vést potrubí bez použití úhlových spojů. Je to možné díky snadnému ohýbání všech částí sestavy s malým poloměrem.

Existují hotová komplexní řešení pro izolaci systémů přívodu vody. K dispozici jsou varianty s jednou a dvěma trubkami různého průměru.

Ochrana izolace před negativními faktory

Ochrana proti zamrznutí vodovodního potrubí uloženého v zemi má svá specifika. Materiál nesmí působením vnějších faktorů zcela nebo částečně ztratit své tepelně izolační vlastnosti.

Opětovné zateplení nebo oprava vnějších vrstev vyžaduje provedení nákladných a pracných zemních prací, proto je nutné se ihned postarat o zachování celistvosti ochranné struktury.

Destruktivní působení zeminy a vody

Podzemní vodovod je vystaven tlaku zeminy, proto může dojít k stlačení materiálu použitého k izolaci. Tím se může výrazně zvýšit jeho tepelná vodivost. Aby se předešlo takovému vývoji, je nutné vytvořit pevný vnější plášť pomocí trubek většího průměru nebo speciálních žlabů.

Minerální vata je hygroskopická a může být stlačena mírným tlakem prstů, proto vrstva zeminy materiál stlačí a ztratí svou vlastnost nízké tepelné vodivosti.

V případě použití hygroskopických materiálů jako tepelné izolace potrubí je nutné zabránit možnosti působení spodní vody, která je vždy přítomná v zemi bez ohledu na stupeň nasycení půdy vodou.

Pro ochranu minerální a skleněné vaty se používají dodatečné ochranné prostředky – plastové trubky většího průměru, než jsou vodovodní, což zároveň řeší problém stlačení izolace.

Dále lze použít následující materiály pro vytvoření hydroizolačního pláště:

• hliníková fólie v rolích;
• armovaná (instalatérská) páska;
• asfaltová lepenka;
• polyetylénová fólie s vysokou hustotou.

Pěnový polystyren, extrudovaný polystyren slabě absorbují vlhkost, ale časem také podléhají zkáze při neustálém rozmrazování. Zcela nejsou náchylné ke stlačení a působení vlhkosti pěnové sklo, polyuretanová pěna a také tepelně izolační barva.

Ochrana objektů umístěných v zemi před působením vlhkosti pomocí asfaltové lepenky – dlouho používaná, ale ne nejpraktičtější varianta

Řešení problému hmyzu a hlodavců

Další příčinou poškození izolace vodovodu mohou být hlodavci a hmyz. Mravenci prohryzávají v atraktivní tepelné izolaci četné chodby a myši ji používají ke stavbě hnízda. Tyto činnosti obnažují části trubek, což negativně ovlivňuje kvalitu izolace.

Hmyz ani myši nemohou zničit polyuretanovou pěnu, pěnové sklo, ale skvěle si poradí s čedičovou vatou. Tu a podobné materiály pro venkovní izolaci vodovodních trubek je nutné rozhodně chránit před hlodavci, pokud jsou umístěny v hloubce menší než 2 metry. Zemní mravenci nepronikají hlouběji než 1 metr, zatímco lesní mravenci staví velké mraveniště, jehož nadzemní část nelze přehlédnout.

Pro ochranu před hlodavci lze izolaci obalit jemnou kovovou síťovinou. Aby se zabránilo přístupu nejen myší, ale i mravenců, je nutné materiál obalit hliníkovou fólií, armovanou páskou nebo použít jako vnější plášť plastové trubky či žlaby libovolného tvaru.

Skořepina z polyuretanové pěny nebo pěnového skla odolává tlaku zeminy, působení vlhkosti v zemi a také nemůže být znehodnocena hlodavci a hmyzem

Ohřev vnějších systémů přívodu vody

Pokud se podíváme na jakýkoli systém, pak zateplení je pouze způsob, jak prodloužit dobu poklesu jeho teploty na hodnotu odpovídající okolí. Proto je někdy nutné přistoupit k jiné variantě zabránění zamrzání vodovodu – ohřevu.

Ohřev vodovodu probíhá pomocí vnějších zdrojů energie a existuje několik způsobů organizace tohoto procesu.

Organizace cirkulace vody

Nejjednodušším zdrojem dodatečné tepelné energie je voda, jejíž teplota je vyšší než v izolovaném úseku vodovodu. Pokud teplejší voda neustále nahrazuje ochlazenou, systém nezamrzne. Z tohoto důvodu funguje metoda “mírně otevřeného kohoutku”, kdy je organizován pomalý, ale stálý pohyb kapaliny potrubím.

Pro studenou vodovodní přívod k individuálnímu bydlení lze organizovat periodické nahrazování vody ve venkovní větvi teplejší vodou. V případě dodávky z hlavního vodovodu je nutné často v malých dávkách provádět vypouštění, které zajistí náhradu kapaliny.

Je racionální k tomu použít speciální nádobu umístěnou v domě, která zároveň slouží jako usazovací nádrž, z níž poté odebírat vodu pro své potřeby.

Vypouštění vody pro zabránění zamrznutí může probíhat v době, kdy není potřeba. Pozdější použití vody umožní akumulační nádrž.

Pokud je zásobování organizováno ze studní, kde teplota vody obvykle činí 7 až 10 stupňů Celsia, je nutné častěji zapínat čerpadlo. Pro skladování vody lze také použít běžnou akumulační nádobu nebo hydraulický zásobník.

Lze pomocí druhé trubky a třícestného kohoutu organizovat cirkulaci kapaliny s jejím vypouštěním zpět do studny. Najednou stačí přečerpat 1,5 – 2 objemy úseku vodovodu, umístěného v zemi mezi hlavou studny a vstupem do domu.

V případě odběru vody ze studny existuje také varianta s jejím samospádovým vypouštěním zpět po zastavení čerpadla. Tuto metodu není vhodné používat v případě kovových prvků vodovodního systému. Neustálá změna kapaliny a vzduchu vede k intenzivní korozi vnitřního povrchu trubek a ke zhoršení kvality vody.

V autonomních systémech zásobování vodou na bázi studní je vyžadováno zateplení zdroje vody stejně jako tepelná izolace samotného potrubí. Doporučujeme se seznámit s článkem věnovaným metodám tepelné izolace vodárenských studní.

Pokud existuje pravděpodobnost dlouhodobého stání vody a v důsledku toho jejího zamrznutí, pak navzdory izolaci je nutné použít jiné způsoby vytápění.

Použití elektrického kabelu

Nejčastěji se jako doplňkový zdroj tepla pro individuální vodovod umístěný v zemi používají elektrické kabely. Lze je umístit jak uvnitř trubky přivádějící vodu, tak na jejím vnějším povrchu. Princip vytápění spočívá v přeměně elektrické energie na tepelnou.

Elektrický kabel ohřívá prvky vodovodu, od kterých se teplo předává vodě. Venkovní izolace brání úniku tepla do země.

Kabely umístěné uvnitř systému mají vyšší účinnost než vnější, protože přímo ohřívají kapalinu.

K nevýhodám tohoto způsobu umístění kabelu patří:

• vyšší cena za běžný metr kvůli splnění ekologických požadavků;
• obtížnost, a někdy i nemožnost vedení přes zakřivené úseky vodovodu;
• důrazná doporučení odborníků provést připojení přes proudový chránič, a to i přes certifikáty shody se zvýšenými požadavky na elektrickou ochranu.

Montáž obou variant je přibližně stejně náročná. Kabel vedený uvnitř trubky se prodává v sadě se speciální koncovkou. Jeho připojení se provádí přes standardní T-kus. Venkovní kabel se upevňuje pomocí hliníkové pásky a navrch se nutně aplikuje izolační plášť, aby energie neunikala do země.

V sadě s rezistivním kabelem, který vydává stálé množství tepla, je pro úsporu elektrické energie lepší použít termostat pro automatické zapínání a vypínání ohřevu. Při použití samoregulačního kabelu je nutné správně zvolit jeho parametry, pak není potřeba používat zařízení regulující teplotu.

Existují hotová komplexní řešení, která kromě vodovodní trubky, izolace a tuhého vodotěsného pláště mají integrovaný topný kabel. Takové sady výrazně zkracují dobu montáže systému, ale nákup všech prvků samostatně vyjde výrazně levněji.

Hotová řešení pro vodovody umístěné pod zemí mohou obsahovat topný kabel, což prakticky vylučuje pravděpodobnost zamrznutí systému.

Topným kabelem lze ohřívat jak část systému, tak i celý vnější úsek potrubí, díky čemuž není nutné pokládat hlavní vedení pod úroveň sezónního promrzání půdy.

Použití teplého vzduchu

Dalším účinným způsobem ochrany vodovodu uloženého v zemi před zamrznutím je jeho ohřev teplým vzduchem z domu. Existují dvě varianty – s přirozenou a nucenou cirkulací vzduchu a pro obě je nutná instalace dalšího uzavřeného žlabu nebo trubky většího průměru.

V případě přirozené cirkulace vzduchu se na vodovodní potrubí nasadí trubka a zvenku se izoluje. Tato trubka vede do vytápěné místnosti, a proto dochází k pomalé cirkulaci vzduchu, který obklopuje systém vodovodu, přičemž se mu předává teplo ze suterénu nebo z prvního patra domu.

Ve druhém případě se po celé délce vodovodu připevní dva profily ve tvaru U, kterými prochází vzduch. Obalí se izolací a uzavřou vnější trubkou, aby se zabránilo stlačení izolace a profilů zeminou.

Na konci vytápěného úseku se tyto profily spojí, čímž vznikne uzavřený systém se vstupem a výstupem uvnitř místnosti. Přívod vzduchu je zajištěn nuceně pomocí fénu.

Schematické znázornění izolované konstrukce podzemního vodovodu v případě jeho vytápění teplým vzduchem z místnosti. Varianta s nucenou cirkulací zahrnuje použití fénu, který směruje proud vzduchu do jednoho z profilů.

Závěry a užitečné video k tématu

Video #1. Pokládka potrubí v zemi od studny k domu s jeho izolací a nuance promrzání u základů:

Video #2. Izolace vodovodu realizovaného na bázi plastové trubky a způsob izolace kolena pomocí válce většího průměru:

Video #3. Podrobný návod na upevnění vnějšího topného kabelu s ohledem na správné obtékání upevňovacích prvků a kohoutů:

Kvalitní izolace nebo vytápění systému přívodu vody, který je umístěn pod zemí, zajistí jeho nepřerušovaný přísun v zimním období. V případě zanedbání pravidel montáže a ochrany proti chladu může následovat složitý postup rozmrazování a nákladná oprava vodovodu.

Chcete se podělit o vlastní zkušenosti s uspořádáním tepelné izolace vodovodních trubek na venkovském pozemku? Přejete si sdílet užitečné informace s námi a návštěvníky webu? Pište prosím komentáře do bloku níže, pokládejte dotazy, vkládejte fotografie k tématu.