Otuliny PIR/PUR

PUR (poliuretan) to tworzywo termoutwardzalne powstające w wyniku reakcji chemicznej między dwoma komponentami ciekłymi:

1. Poliolem (alkoholem z wieloma grupami -OH)
2. Izocyjanianem (zwykle MDI — diizocyjanian difenylometanu)

Po zmieszaniu obu komponentów tworzą one wiązania uretanowe i spieniają się w sztywną piankę o małych komórkach zamkniętych. Reakcja jest egzotermiczna (wydziela ciepło).

PIR (poliizocyjanurat) to chemiczny krewniak. Różnica polega na tym, że stosuje się duży nadmiar izocyjanianu względem poliolu oraz dodaje katalizator, który sprawia, że izocyjaniany reagują ze sobą nawzajem, a nie tylko z poliolem. Rezultatem jest gęsta sieć pierścieniowa (trimeryczna) pierścieni izocyjanuratowych, termicznie bardziej stabilna niż PUR.

W praktyce różnica wygląda następująco:

• PUR = bardziej miękki, tańszy, zapalny
• PIR = twardszy, droższy, znacznie bardziej odporny na ogień i stabilny termicznie

Oba typy to pianki zamkniętokomórkowe — to znaczy, że każda pojedyncza komórka (mały pęcherzyk powietrza) jest fizycznie zamknięta cienką błoną z tworzywa. Komórki są wypełnione gazem roboczym (czynnikiem spieniającym/poroforem) o niskiej przewodności cieplnej i to właśnie ten gaz — a nie sam polimer — zapewnia niską wartość λ.

Porównanie: PIR ma o ok. 30 % wyższą odporność na ogień niż PUR i może wytrzymać wyższą temperaturę ciągłą (120 °C vs. 90 °C) [products.pcc.eu].

• 1937: PUR zostaje wynaleziony przez niemieckiego chemika Otto Bayera w IG Farben (później Bayer AG)
• Lata 50.: Rozpoczyna się przemysłowa produkcja pianki PUR
• Lata 60.-70.: PUR upowszechnia się jako izolacja, m.in. do lodówek i rur ciepłowniczych
• Lata 70.-80.: PIR zostaje opracowany jako wariant ognioodporny
• Do ok. 1990: Jako gaz roboczy stosuje się CFC (chlorofluorowęglowodory, np. R-11) — bardzo niska λ, ale niszczy warstwę ozonową
• 1990-2000: Przejście na HCFC (wodorochlorofluorowęglowodory) — mniej szkodliwe dla ozonu, ale wciąż z efektem cieplarnianym
• 2000-2010: Przejście na HFC (wodorofluorowęglowodory) — brak wpływu na ozon, ale wysoki GWP (potencjał tworzenia efektu cieplarnianego)
• Obecnie: Jako gaz roboczy stosuje się pentan (cyklopentan lub izopentan) albo CO₂. Pentan ma λ ~0,012-0,015 W/(m·K) i jest dominującym poroforem we współczesnych rurach ciepłowniczych [provak.no]
• 2030+: Badania nad HFO (wodorofluoroolefinami) jako gazem roboczym o jeszcze niższym GWP

Starzenie: Gaz roboczy powoli dyfunduje na zewnątrz przez ściany komórek, a powietrze atmosferyczne dyfunduje do wewnątrz. Ponieważ powietrze ma wyższą λ (~0,026) niż pentan (~0,015), całkowita wartość lambda rośnie z czasem. To dlatego zawsze należy przyjmować postarzaną (deklarowaną) wartość lambda, a nie świeżą.

Objaśnienie pojęcia: lambda (λ) to przewodność cieplna, mierzona w W/(m·K) — wat na metr na stopień różnicy temperatury. Im niższa λ, tym lepsza izolacja.

Dla pianki PUR/PIR obowiązuje:

W projektowaniu należy zawsze stosować wartość postarzaną (deklarowaną), a nie wartość początkową. Jest to określone w:

• EN ISO 8497 — Pomiar transmitancji cieplnej otulin rurowych
• EN 253 — Specyficznie dla rur ciepłowniczych, definiuje metodę starzenia

Wielu producentów podaje jednak w materiałach marketingowych tylko ładną wartość początkową. Jako monter musisz być krytyczny i pytać o deklarowaną λ lub deklarowaną wartość CE po starzeniu.

Porównanie z wełną mineralną: Wełna mineralna ma λ około 0,033-0,040 W/(m·K). PIR/PUR jest więc o 20-35 % lepszy, co oznacza, że ten sam stopień izolacji można osiągnąć przy 1/3 mniejszej grubości [dan-iso.dk]. Ma to decydujące znaczenie w pomieszczeniach technicznych, gdzie brakuje miejsca.

Główny wniosek: Na rurze ciepłowniczej w gruncie, gdzie ogień nie stanowi zagrożenia, stosuje się PUR (tańszy, a temperatura zwykle poniżej 90 °C). W widocznych instalacjach technicznych, przejściach przeciwpożarowych lub instalacjach wysokotemperaturowych wybiera się PIR.

Otuliny PUR/PIR występują w kilku formach:

• Formowane półotuliny (dwie połówki nakładane na rurę i zamykane taśmą/klejem)
• Całe otuliny z nacięciem po jednej stronie (zatrzaskowe, głównie do mniejszych wymiarów)
• Otuliny lamelowe do dużych wymiarów (segmentowane fragmenty nakładane na rurę)

Wymiary standardowe: Zgodne z systemem DN (średnica nominalna) rur przewodowych. Średnica wewnętrzna odpowiada np. rurze stalowej DN15 (21,3 mm) aż do DN500 (508 mm).

Grubości: Zwykle 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 mm.

Powierzchnie:

• Bez powłoki (surowa pianka)
• Z folią aluminiową (refleksyjna ochrona przed promieniowaniem + paroizolacja)
• Z płaszczem PVC (ochrona UV do zastosowań zewnętrznych)
• Z tkaniną z włókna szklanego (ochrona mechaniczna)

Preizolowane rury ciepłownicze to forma specjalna, w której otulina jest fabrycznie wyformowana bezpośrednio na rurze przewodowej w jednym długim odcinku (patrz następny rozdział).

Zdecydowanie dominującym zastosowaniem PUR w Danii są preizolowane rury ciepłownicze. Około 66 % duńskich gospodarstw domowych otrzymuje ciepło z sieci ciepłowniczej — to infrastruktura wielu tysięcy kilometrów rur w gruncie [mariestage.dk].

Budowa (zwana „bonded pipe system”):

1. Rura przewodowa — stal węglowa, rzadziej miedź lub tworzywo PEX
2. Pianka PUR — zwykle 30-80 mm grubości, spieniana cyklopentanem
3. Płaszcz PE — zewnętrzny płaszcz ochronny z polietylenu HD, odporny na uderzenia i pęknięcia
4. Monitoring nieszczelności — dwa druty miedziane wtopione w piankę PUR (system Nordic / BroDan). Gdy w piance pojawi się wilgoć, zmienia się opór między drutami i można zmierzyć, gdzie znajduje się nieszczelność.

Normy:

• DS/EN 253 — Bonded single pipes (rury pojedyncze w gruncie) [iteh.ai]
• DS/EN 448 — Kształtki (łuki, trójniki)
• DS/EN 488 — Zawory
• DS/EN 489 — Połączenia (mufy)
• DS/EN 13941 — Projektowanie i instalacja
• DS/EN 14419 — Systemy monitoringu nieszczelności

Wymiary: Rury przewodowe od DN15 (21,3 mm) do DN1200 (1219 mm). Typowe instalacje domowe mieszczą się w zakresie DN20-DN65 [steelpipeline.net].

Klasy izolacji (zgodnie z EN 253):

• Series 1 — Standardowa grubość izolacji
• Series 2 — Grubsza izolacja (niższe straty ciepła)
• Series 3 — Najgrubsza izolacja (najniższe straty ciepła, do niskotemperaturowych sieci ciepłowniczych)

Praca: Logstor podaje ciągłą temperaturę roboczą 120 °C, krótkotrwały pik 140 °C, temperaturę powierzchni zewnętrznej ~50 °C [logstor.com]. Wytrzymałość na ciśnienie zwykle do 25 bar.

Układanie:

• Wykopanie wykopu, układanie na podsypce piaskowej
• Rury są spawane ze sobą (rura przewodowa)
• Połączenia są zabezpieczane mufą termokurczliwą — mufę PE nakłada się na połączenie spawane, podgrzewa palnikiem gazowym, aby się skurczyła i uszczelniła, po czym wypełnia ją dwuskładnikową pianką PUR przez otwór w górnej części
• Zasypanie piaskiem i ziemią

WAŻNE: Rury ciepłownicze nie podlegają DS 452 (izolacja budynków). Mają własny zestaw przepisów w ramach serii EN 253. Nie można zatem stosować tabel DS 452 do sieci ciepłowniczych.

Marki w Danii:

• Kingspan LOGSTOR (z siedzibą w Danii, dominujący na rynku duńskim) [logstor.com]
• isoplus (niemiecki) [isoplus.group]
• Brugg Pipesystems (szwajcarski; elastyczne rury CASAFLEX/CALPEX) [bruggpipes.com]
• Uponor (fiński; głównie elastyczne na bazie PEX)
• Thermaflex Flexalen (holenderski)