Jdi na obsah Jdi na menu
 


Výpočet předizolovaných potrubí pro teplovodní sítě ukládané do země podle EN 13941-1

28. 7. 2021
ČSN EN13941-1 Vedení vodních tepelných sítí – Navrhování a instalace předizolovaných jednotlivých a dvojitých potrubí pro vodní tepelné sítě ukládaných přímo do země, Část 1 Navrhování

1. Rozdělení do tříd projektu a jejich charakteristiky:

-Třída projektu A:  Průměry potrubí: malé anebo střední (rg/t<28,7);

    axiální napětí od tepelné roztažnosti: nízké (pod mez kluzu); nízké riziko ohrožení osob, životního prostření a okolních budov; nízké riziko ekonomických ztrát

-Třída projektu B: Průměry potrubí: malé anebo střední (rg/t<28,7);

    axiální napětí od tepelné roztažnosti : vysoké tlakové napětí (nad mez kluzu); nízké riziko ohrožení osob, životního prostření a okolních budov; nízké riziko ekonomických ztrát

-Třída projektu C: Průměry potrubí: velké (rg/t>28,7); axiální napětí od tepelné roztažnosti: vysoké (nad mez kluzu); vyšší riziko ohrožení osob, životního prostření a okolních budov, speciální či složité stavby, např. křížení se železnicí, hlavní silnicí či vodní cestou.

     rg/t = průměrný poloměr potrubí/tloušťka stěny trubky

 

2. Vlastnosti používaných materiálů: 

Materiálové hodnoty jednotlivých složek uvádíme v následující tabulce:

 

Vlastnost materiálu

 

Jednotka

Vnitřní trubka,

Ocel  minimální jakost: 1.0345 (P235GH)

Tepelná izolace,

Polyuretan

podle ČSN EN 253

Vnější opláštění,

PE-100 podle

ČSN EN ISO 15494

 

Koeficient tepelné roztažnosti

10-6 K-1

13,0  pro 20°C

12,25 pro 150°C

50 až 80

180

Modul pružnosti krátkodobý/dlouhodobý

MPa

211 660 pro 20°C,   202 380 pro 150°C

10 pro 23°C,

 6,5 pro 140°C

800/ 150 pro 0°C,

 30 pro 80°C

 

Dovolené axiální napětí

krátkodobé/dlouhodobé

MPa

143,3 pro 20°C

124,7 pro 150°C

0,30/0,15

12/  7 pro 0°C,

1,4 pro 80°C

 

Hustota

kg/m3

7850

60

935

 

   Pro návrh polštáře potřebujeme dvě veličiny, a to maximální stlačení (ultimatní hodnotu) a tuhost –

   viz tabulka dále

Typ polštáře

Tlak na polštář potřebný pro stlačení (ultimátní hodnota)

Stlačení  40%

Stlačení 50%

Stlačení 75%

1. tvrdý

85 kPa ±15%

120 kPa ±15%

480 kPa ±15%

Tuhost polštáře od stlačení (konstanta bočního uložení pro polštář) v kPa/m na 1m tloušťky  - kh,2/tloušťka

212,5 kPa/m/m

240,0 kPa/m/m

640,0 kPa/m/m

2. průměrný

60 kPa ±15%

90 kPa ±15%

275 kPa ±15%

Tuhost polštáře od stlačení (konstanta bočního uložení pro polštář) v kPa/m na 1m tloušťky  - kh,2/tloušťka

150,0 kPa/m/m

180,0 kPa/m/m

366,7 kPa/m/m

Pro jiné hodnoty stlačení je možné odečíst z grafu na obr.3 ČSN EN 13941-1

3. Převod zatížení zeminou na potrubí podle normy:
       Výpočet potrubí v zemi se provádí tak, že se nahradí působení zeminy náhradním zatížením. Náhradní zatížení ve všech třech osách simuluje zatížení zeminou. U každé osy působí zatížení proti sobě v kladné i záporné orientaci. Jedná se o osy podle obrázku dále, kde 1 nahrazuje zatížení zeminou ve vertikálním směru, 2 ve směru osy a 3 ve směru horizontálním
obr.7.1.jpg
       
 
 
 
 

       

 

       Každý prvek z náhradního zatížení má tvar podle grafů. Nejprve síla roste lineárně a můžeme ji nazvat tuhostí, protože je to závislost síly na posunu potrubí, poté dosáhne určité mezní hodnoty, která má konstantní hodnotu nezávislou na posunu potrubí daným směrem. Grafy dole zobrazují vztah síly a posunu ve směru osovém (tj. ve směru osy potrubí), ve směru vodorovném (tj. kolmém na osu potrubí) a ve směru svislém (též kolmém na osu potrubí). 

4. Tabulky kombinací zatížení, přiřazení parciálních bezpečnostních koeficientů γa a označení v Caesaru II

Omezení napětím, primární napětí

Kombinace zatížení

Zatížení trvalá

Zatížení příležitostná

Č.

Název

Provozní tlak, nejvyšší dovolený tlak

Předpětí

Vnější tlak

Vnitřní podtlak

Tlak tlakové zk.

Vl. váha potrubí, izolace, média, ventilů atd.

Vztlak

Pasivní tlak zeminy

Sednutí podloží

dopravou

 

1.

Montáž, instalace

-

-

1,05

-

1,0

1,0

1,0

1,5

 

1,0

2.

Kontrola napětí s anebo bez vnitřního tlaku

1,2

1,2

1,05

-

-

1,2

1,0

1,5

1,2

1,35

3.

Kontrola max. stlačení polštáře, max. síly a deformace

1,2

1,2

-

-

-

1,2

1,0

1,5

1,2

1,35

4.

Výpočet únavy

1,2

1,2

-

-

-

1,2

1,0

1,5

1,2

1,0

5.

Vnější tlak

-

-

1,05

1,2

-

1,2

1,0

1,5

1,2

 

6.

Kontrola deformací

-

-

1,05

1,05

-

1,2

1,0

1,5

1,2

1,35

 

Omezení deformací, sekundární napětí

Kombinace zatížení

Zatížení deformací

Zatížení pro výpočet únavy

Č.

Název

Provozní teplota, nejvyšší dovolená teplota

Mechanické předpětí

Sednutí podloží

Diferenciální sednutí podloží

Deformace během pokládání

Změna teploty během provozu

Počet hlavních cyklů

Boční reakce zeminy

Tření mezi zeminou a povrchem potrubí

 

1.

Montáž, instalace

1,0

1,5

-

-

1,0

-

-

-

-

2.

Kontrola napětí s anebo bez vnitřního tlaku

-

1,5

-

-

-

*)

*)

*)

*)

3.

Kontrola max. stlačení polštáře, max. síly a deformace

1,0

1,5

1,2

1,2

1,0

1,0

1,2

*)

*)

4.

Výpočet únavy

1,0

1,5

1,2

1,2

1,0

1,1

1,2

*)

*)

5.

Vnější tlak

-

-

-

-

-

-

-

-

-

6.

Kontrola deformací

1,0

1,5

1,2

1,2

1,0

-

-

-

-

*) určit podle Přílohy B normy ČSN EN 13941-1

5. Mezní stavy předizolovaného potrubí

Mezní stav

Vypočítat pro kombinace zatížení

Součinitel

zatížení

γa

Součinitel

materiálu γm

 

Č.

Název

A1

Kontrola membránového napětí

1,2

 

1,1

 

A1

Kontrola membránového a ohybového napětí

2,3,4

 

1,1

 

A2

Kontrola plastické deformace (sekundárního napětí)

2,3,4

 

1,1

 

B1

Nízkocyklová únava

4

1,0

1,0

 

B2

Vysokocyklová únava

4

1,0

1,0

 

C1

Lokální boulení

1,3,4

 

1,1

 

C1

Imploze vnějším tlakem

1,3,6

1,05

1,45

 

C2

Globální nestabilita (vzpěr)

1,3,4,5

1,0

1,0; 1,1

 

D

Ovalizace příčného průřezu

1,3

 

1,1

 

 

PUR: tlakové napětí

 

 

 

 

 

PUR: smykové napětí

 

 

3; 2

 

PE

 

 

 

 

 

Ventily (uzavírací armatury)