Koliko prihranimo z izoliranjem cevi v kurilnici?

Življenjski stroški so tesno povezani s stroški energije, ki jo porabimo v gospodinjstvu. Med največje porabnike električne energije prav gotovo sodijo toplotne črpalke. Morebitna zmanjšana poraba toplotne energije za ogrevanje se tako neposredno prenese na zmanjšano porabo električne energije. Eno od pogosto postavljenih vprašanj je ali lahko z ustrezno izolacijo cevi v kurilnici prihranimo dovolj sredstev, da upravičimo investicijo v izolacijo dovodnih/odvodnih cevi (skupaj z morebitnimi stroški inštalacije, če delo prepustimo za to usposobljenemu mojstru)?

Da lahko odgovorimo na postavljeno vprašanje moramo najprej ponoviti osnove fizike iz srednje šole. Vsaka cev, ki je toplejša od okoliškega zraka in ostalih inštalacij oddaja nekaj toplotne energije, in sicer v obliki konvekcije, kondukcije in sevanja (radiacije) [1]:

Med vsemi tremi vrstami toplotnih izgub je konvekcija daleč največja. Zaradi dolžine cevi so izgube prek kondukcije veliko manjše, izgube zaradi sevanja pa so skoraj zanemarljive, vsaj pri temperaturah s katerimi se srečujemo pri toplotnih črpalkah. Tako se bomo v tem prispevku predvsem osredotočili na toplotne izgube prek konvekcije, potrebno pa je poudariti, da bodo skupne izgube malenkost večje zaradi neupoštevanja kondukcije in sevanja.

Presek izolirane cevi prikazuje slika 1. Oznaka T_C pomeni temperaturo površine cevi, T_O temperaturo okolice (npr. zraka v kurilnici), P pomeni toplotno moč, ki jo oddaja cev v okolico, d_C je remer cevi, d_i pa premer izolacije. Dolžina cevi na sliki ni omenjena in jo lahko označimo z l_C.

Kot temperaturo površine cevi (T_C) lahko pri običajnih pretokih ogrevalne tekočine, brez večjih napak, smatramo kar temperaturo ogrevalne tekočine v cevi. Toplotna moč (P), ki jo cev dolžine l_C sprošča v okolico, je približno:

kjer je R_T toplotna upornost med cevjo in okoliškim zrakom (normirano na 1 m² površine materiala), A_Z pa zunanja površina cevi:

kjer je d zunanji premer neizolirane (d_C) ali izolirane (d_i) cevi. Torej se toplotne izgube večajo z razliko med temperaturo cevi in okoliškim zrakom in dolžino cevi, manjšajo pa z večanjem toplotne upornosti med cevjo in okoliškim zrakom.

Toplotna upornost je odvisna od toplotne upornosti izolacije in upornosti prehoda med izolacijo in zrakom. Obe upornosti se seštevata:

kjer je R_I toplotna upornost izolacije in R_CZ toplotna upornost prehoda med (izolirano) cevjo in zrakom. Boljši izolacijski material bomo uporabili, višja bo upornost R_I, pri R_CZ pa nimamo veliko vpliva, ker je odvisna od hitrosti zraka. V primeru, če v kurilnici ne piha, je [1]

Toplotna upornost izolacijskega materiala je odvisna od materiala, ki ga uporabimo. Iz katalogov proizvajalcev, kot sta na primer Armacell [2] ali Kaimann [3],  je specifična toplotna prevodnost omenjenih materialov okrog

Pri izolacijah fasad, ko imamo opravka z ravno ploskvijo izolacijskega materiala, je toplotna upornost izolacijskega materiala enostavna enačba, ki vsebuje samo deljenje debeline izolacije s toplotno prevodnostjo. Pri okroglih oblikah, kjer površina na notranji strani ni enaka površini na zunanji strani izolacije, pa postane enačba nekoliko bolj zapletena in vsebuje tudi naravni logaritem (ln) razmerja med obema premeroma [4]:

Sedaj, ko smo navedli vse enačbe, se lahko lotimo konkretnega izračuna toplotne moči, ki se izgublja v kurilnici s povprečno temperaturo 15 °C, če je povprečna temperatura grelne vode v cevi 43 °C (radiatorsko ogrevanje). Pri tem bomo uporabili cev premera d_C = 28 mm in debelino izolacijskega materiala 13 mm. Torej je premer izolacije di = 28 + 2·13 = 54 mm. Za R_CZ privzemimo srednjo vrednost 0,15 m²K/W.

Torej, izolirana cev dolžine 1 m bo v podanih okoliščinah v povprečju oddajala dobrih 7 W toplotne moči.

Če upoštevamo, da sezona traja 150 dni, potem lahko izračunamo, da v tem času 1 m izolirane cevi odda v prostor kurilnice toplotno energijo

Da lahko izračunamo prihranke na račun izolacije moramo seveda izračunati še toplotne izgube neizolirane cevi. Pri neizoliranih ceveh nimamo izolacijskega ovoja okrog cevi in tako je toplotna upornost R_T=R_CZ, pri enačbi za oddano moč pa moramo upoštevati površino neizolirane cevi, torej sta pri enem metru cevi (l_C = 1 m):

V enaki sezoni bi tako pri 1 m neizolirani cevi porabili približno 50 % več toplotne energije:

Torej bi bila razlika v izgubah toplotne energije med neizolirano in izolirano 1 m cevjo 33,1 kWh letno? Po vsej verjetnosti ne. Moramo namreč vzeti v poštev, da je glavna kurilna sezona pozimi. Če takrat z neizoliranimi cevmi grejemo kurilnico, s tem povzročimo manjše toplotne izgube v sosednjih prostorih (vključno s tistimi nad kurilnico). S segrevanjem kurilnice namreč nekoliko zmanjšamo potrebe po ogrevanju ostalih prostorov. Če upoštevamo, da se približno 50 % toplotne energije »vrne nazaj« in zmanjša potrebo po gretju, bi na letnem nivoju pri 1 m neizoliranih ceveh izgubili približno 16,56 kWh toplotne energije.

Seveda pa gre pri zadnjem izračunu za toplotno energijo in ne električno energijo. Prednost toplotnih črpalk je prav v tem, da je porabimo veliko manj električne energije od proizvedene toplotne energije, razmerje pa je faktor COP. Tukaj lahko upoštevamo celoletno COP razmerje, kjer je konzervativna ocena:

Iz tega sledi, da bi bila dodatna enoletna električna poraba toplotne črpalke pri 1 m neizolirane cevi približno

Torej 1 m neizolirane cevi bo v podanih okoliščinah v enem letu povzročila dobrih 6 kWh dodatne porabe električne energije. Pri trenutnih cenah za gospodinjstva bi to pomenilo dobrih 0,79 EUR dodatnih stroškov na meter cevi na leto. Vsak si lahko sam izračuna ali se mu/ji izplača izolirati cevi v kurilnici. Na internetu se cena tovrstnih Armaflex cevi giblje okrog 3 EUR na tekoči meter, vendar pa moramo tej ceni dodati še dodatno delo mojstra za izolacijo cevi (v primeru, če se izoliranja ne bomo lotili sami).

Seveda je rezultat odvisen od povprečnih temperatur cevi in kurilnice, premera cevi in izolacije, upoštevanega faktorja izgub toplotne energije v kurilnici ter povprečnega COP. Tako so izgube občutno manjše pri talnem ogrevanju stanovanja zaradi nižjih temperatur cevi in/ali pri višjih temperaturah v kurilnici. Tudi upoštevanje povprečnih temperatur v ceveh in kurilnici je manj natančno, kot v primeru, če bi izgube izračunavali sproti skozi celo kurilno sezono. Kot pa je bilo omenjeno na začetku, izgub zaradi sevanja in kondukcije nismo upoštevali zato, ker so le-te znatno manjše od izgub zaradi konvekcije.

Oceno izgub za vaše konkretne razmere pa lahko izvedete na spletni strani [5]. Prikaz spletne strani kaže slika 2. Najprej je potrebno spremeniti podatke za vaš primer (glej rdeče okno z oznako 1), nato spremenjene podatke (obvezno!) shranite s klikom na ikono 2. Za tem kliknite na »RUN« (oznaka 3) in na desni strani se izpišejo rezultati izračunov (oznaka 4).

[1]  https://sl.wikipedia.org/wiki/Prenos_toplote (dostopno 25. 04. 2023)

[2]  https://www.stern.si/ponudba/armaflex-izolacija-za-cevi (dostopno 25. 04. 2023)

[3]  https://katalog.bossplast.com/i_26578_kaiflex-st-cevak (dostopno 25. 04. 2023)

[4]  https://www.fkkt.um.si/egradiva/fajli/prenos_toplote.pdf (dostopno 25. 04. 2023)

[5]  https://octav.onl/lrvgp903 (dostopno 25. 04. 2023)