Grunne ledninger. av ingeniør HENRIK STENE, Glava AS

Transkript

1 Grunne ledninger Kostnadsbesparelser Frostisolering av VA-ledninger gir anleggsmessige store besparelser i form av mindre graving, sprengning og gjenfylling. I tillegg vil reparasjoner og utskiftninger bli vesentlig enklere. Bruk av isolasjon gir grunnere grøfter og åpner for en rasjonell, økonomisk samordning av alle tekniske anlegg i fellesgrøfter, se tabell 1. Hvis man samtidig tar i bruk såkalt «lett kommunalteknikk» som omfatter en koordinert opparbeiding av alle tomtetekniske arbeider, vil både økonomi og miljøgevinstene bli meget store. Tabell 1 viser erfaringsverdier som NBI registrerte over en 10 års periode fra utførte utbyggingsområder. Sparepotensialet, når det gjelder opparbeidelsen, vil ligge i størrelsesorden 40 til 50 prosent. Besparelsene når det gjelder fremføring av tekniske hovedanlegg, sett i forhold til tradisjonell utførelse, bør kunne bli vesentlig større. Ved å isolere VA-anlegg med styrofoam foretas direkte miljømessige og økonomiske besparelser ettersom grunne grøfter kan benyttes. Grunne grøfter fører til mindre setninger i bakken, lavere risiko for påvirkning av grunnvannet og ikke minst at drift- og vedlikeholdskostnadene holdes nede ved at rørledningene blir lettere tilgjengelige. av ingeniør HENRIK STENE, Glava AS Henrik Stene er utdannet maskiningeniør VVS fra Høgskolen i Oslo (1990). I tillegg er han utdannet bedriftsøkonom og eksportingeniør. Han er ansatt som teknisk rådgiver ingeniør industri/vvs hos Glava AS. Tabell 1. Sparepotensialet ved koordinert opparbeiding og bruk av grunne grøfter.

2 store besparelser Hvordan man skal utforme isolasjonen for å frostsikre ledningene vil være bestemt av forholdene på stedet. Vannet i ledningen skal ikke fryse. Rørledninger må ikke skades av telehiv og risikoen for ledningsbrudd på grunn av teleskader må elimineres. Høye krav blir stilt til isolasjonsmateriale for VA-ledninger. Det skal holde sin gode isolasjonsevne over like lang tid som livslengden til rørene (50 til 100 år) og tåle belastninger fra anleggstrafikk. Mange faktorer påvirker frostdybden, slik som klimafaktorer og jordartfaktorer, samt grunnvannsnivå og dreneringsforhold. Dessuten har vi den varmekilden som den lagrede jordvarmen byr på, samt egenvarmen i strømmende vann. Dimensjonering Den metode som beskrives her for å beskytte ledninger mot frost, bygger på en metode fra Norges byggforskningsinstitutt (NBI). Her vises det hvordan dimensjoneringen blir utført i fire trinn. Trinn 1. Klimafaktorer m.m. Hvor dypt telen går i bakken kommer an på ulike faktorer som direkte eller indirekte inngår i bestemmelsen av teledybden. De er inndelt i to typer: klimafaktorer jordartfaktorer Klimafaktorer Tre faktorer brukes direkte for avgjørelsen av teledybden. Maksimal frostmengde i luft F 100. Snødekket kan redusere kuldemengden, men er forbundet med usikkerhet, se figur 1. Snøfattige vintre og brøytede kjøre- og gangveier vil i praksis si at man ikke kan anbefale å ta hensyn til korreksjonsfaktor for snødybde. Årsmiddeltemperaturen. Inngår som parameter i teledybde-diagrammet, se figur 2. Jordartsfaktorer Tre faktorer er av stor betydning for hvor dypt telen går: Vanninnhold Eksempel på jordarter som inneholder mye vann er silt og leire. Varmeledningsevnen til den teleutsatte jorden Grove jordarter som grus og sprengstein inneholder betydelig mindre vann og har dårligere evne til å lede varme enn silt og leire. Slike grove jordarter får en stor teledybde på grunn av sin lave frysemotstand. Silt og leire, som har et høyere tall for varmeledning, inneholder betydelig mer vann og får en mindre teledybde. Et grovere materiale fungerer isolerende og motvirker telen, når det er ovenpå et materiale som inneholder mye vann. Jordartens tetthet og kompakthet En god komprimering av fyllingsmaterialet medvirker altså til mindre tele i bakken. Trinn 2. Teledybden Teledybden varierer kraftig mellom forskjellige jordarter, hovedsakelig pga. vanninnhold og evne til å lede varme. Man har derfor delt inn jordartene i ulike grupper VA-ledningene skal plasseres på et underlag av fyllmasse (8-12 mm). Rundt rørene brukes samme materiale minst 100 mm over ledningene. Figur 1. Korreksjonsfaktor for snødybde.

3 med en innbyrdes sammenheng. Bestem teledybden i jordarten sand og grus ved hjelp av figur 2. Korriger deretter teledybden med hensyn på jordarten (tabell 2). Man får da en ny dimensjonerende frostmengde som man benytter for bestemmelse av isolasjonsbredde og tykkelse (trinn 4). Vanlig fremgangsmåte når teledybden og dimensjonerende kuldemengde skal avgjøres: 1. Bestem nødvendige klimafaktorer. Tenk på kuldehull og stråling fra gater. 2. Bestem riktig korrigeringsfaktor med hensyn på jordarter (Tabell 2). Eksempel silt = 0,85 3. Korriger kuldemengden ved ledninger i snødekket jord (figur 1). Eksempel vil brøytet vei eventuelt snøfattig vinter medføre korreksjonsfaktor 1,0 (dvs. ingen reduksjon på grunn av snø tas hensyn til). 4. Bestem teledybden i jordarten sand og grus (figur 2). Korriger deretter teledybden med hensyn på jordarten. Eksempel vil Sande i Vestfold med frostmengde F100 = h C og årsmiddeltemperatur 6,0 h C ha en teledybde på 1,8 meter. 5. Bestem ny dimensjonert kuldemengde basert på den korrigerte teledybden (figur 2). Eksempel vil ny teledybde 1,8 meter x korrigeringsfaktor silt (0,85) x reduksjonsfaktor snø (1,0) bli 1,53 meter og ny dimensjonert kuldemengde i Sande vil da være F100 = h C Trinn 3. Varmestråling Bestem varmestråling fra ledningene Den varme som avgis fra ledningsnettet er av stor betydning for frostbeskyttelsen. Ettersom frostbeskyttelsen i første rekke er avsett for vannledningen og i annen rekke for en eventuell avløpsledning, er det naturlig i første rekke å bruke varmen fra slike ledninger. El-kabler som plasseres i ledningsgrøft avgir betydelig med varme. Større forsyningskabler kan ofte ikke plasseres under isoleringen, ettersom de gir fra seg for mye varme. Også mindre kabler tilfører ønsket tilskuddsvarme. Avløpsledning En avløpsledning er ofte hovedvarmekilden når VA-ledninger skal beskyttes mot frost og bør derfor plasseres nær vannledningene. Gjennomsnittstemperaturen for avløpsvann er rundt 15 til 25 C og derfor er det normalt ingen risiko for at det skal fryse. Bare en liten del av varmeoverskuddet kan brukes, ettersom avløpsvannet kun er i ledningene en kortere tid. Hvis ca. 20 leiligheter er tilkoblet og tilskuddet av avløpsvann er relativt kontinuerlig, kan man regne med en avkjøling på 3 til 5 C. Ved mindre avløpsledninger, dvs. hvis færre enn 20 leiligheter er tilkoblet, kan varmeavgivelsen bestemmes i følge figur 3. Observer at avløpsledning der vannet står stille allikevel avgir varme på grunn av at luft ventileres gjennom ledningene. Vannledning Dersom VA-ledningen mellom hovednettet til bolig skal isoleres kan man ikke regne med varmeavgivelsen fra vannledningen, men kun ta hensyn til varmeavgivelsen fra avløpsrøret. Selv om større hovedvannsledninger i Figur 2. Bestemmelse av teledybden med hensyn på jordarten sand og grus. Tabell 2. Korrigeringsfaktor for avgjørelse av teledybden i ulike jordarter. Figur 3. Varmeavgivelse fra mindre avløpsledninger ventilert over tak og med isolerte kumlokk.

4 normal drift kan avgi betydelig varmemengder uten frostfare, bør man ved dimensjonering av isolasjonen legge til grunn en vesentlig mindre varmemengde. Dette er nødvendig for å sikre vannledningen under en anleggsperiode med beskjeden vannføring, eller ved reparasjonsarbeider der vannføringen kan opphøre i perioder. Hvis man ikke har nærmere data om hovedvann- og avløpsledningenes vannføring, kan man som en rimelig antagelse forutsette en minste varmeavgivelse på ca. 5,0 W/m. Når vannledningen som skal frostsikres er en del av et ringnett, vil man kunne regne for en 100 mm vannledning en varmeavgivelse i størrelsesorden 10,0 W/m. Drensvann Drensledningen er en kald ledning og er derfor utsatt for frysningsrisiko. Kald luft som ventileres gjennom dagvannsystemet har i mange tilfeller medvirket til teledannelse. Ved å bruke luftlås kan man forhindre den avkjøling som fremkommer når kald luft suges gjennom avløpsbrønner. En drensledning bør ikke plasseres nær en vannledning og definitivt ikke i en isoleringskasse siden drensledning tapper området for varme. Varmekabel Hvis den beregnede ledningsvarmen ikke er høy nok eller er usikker, f.eks. i et område med lav bosetning, er tilskuddsvarme fra en varmekabel et godt supplement. Eventuell termostat bør med hensyn til driftsøkonomien være veldig følsom og ha en minste toleranse på maks ± 0,5 C. Trinn 4. Bestemmelse av isolasjonsbredde, isolasjonstykkelse og utforming Figur 4. Bestemmelse av isolasjonsbredde og tykkelse for forskjellige røroverdekning, varmeavgivelse og frostmengde. Materialene i grunnen er sand og grus. Isolering med rett plate Eksempel (figur 4): VA-ledning fra hovedledning og inn til minst 4 leiligheter i Sande i Vestfold. Frostmengden F100 er h C, årsmiddeltemperatur 6,0 C. Materialer i grunnen er sand og grus. Varmeavgivelse fra avløpsledningen settes til 5,0 W/m ved en avstand på 12 meter fra bosted til hovedledning (se figur 3). Som vist i figur 4 (ved å følge rød linje 1) må man da benytte platebredde minimum 900 mm og 50 mm tykk styrofoamplate over rørene dersom det velges grøftedybde, z = 0,8 meter. Hvis man kun tar hensyn til jordvarmen (0 W/m varmetilførsel) må vi, ved å følge grønn linje 2, benytte en isolasjonsplate med bredde 2,0 m og tykkelse 100 mm ved samme grøftdybde. Dette understreker igjen vannføringens, eller i dette tilfellet avløpsledningens, betydning for frostsikkerheten.

5 Beregningsprogrammet Dow Styrofoam Isolering i bakken Versjon 2.05 kan lastes ned fra Glavas hjemmeside: på siden Industri/VVS/VA. Figur 5. Fellegrøft for VA-ledninger isolert med rett plate. Figur 6. Hesteskoformet isolasjon. Grøftebredden kan reduseres ved å trekke ned isolasjonen på sidene av spillvanns- og vannledningen. Figur 7. Fellesgrøft på fjell med kasseformet isolasjon. Fellesgrøfter for tekniske anlegg Ved å frostsikre vann- og avløpsledningen med horisontale isolasjonsplater, står man fritt til å velge leggedybde som muliggjør praktisk bruk av fellesgrøfter. Da varmeisoleringsmaterialer brukes for å oppnå stor varmeledningsmotstand med lite materialbruk, er det viktig å være nøye med utførelsen. Unøyaktigheter i utleggingen av isolasjonsplatene eller utilstrekkelig isolasjon ved kumpunkter, avgreninger etc. kan føre til kuldebroer som reduserer anleggets evne til å tåle driftsstans. Helst bør platene utføres med falsforbindelse, sammenholdt med Foamlock. Foamlock er en platelås som holder platene sammen også etter tilbakefylling. Over isolasjonsplaten er det vanlig å legge et 100 mm pukklag før man legger overfyllingen som kan være stedlige masser. Hesteskoformet isolasjon Hesteskoformet isolasjon utnytter på en effektiv måte den varme som avgis fra ledningene, som innebærer at rørgrøftens bredde kan minskes (figur 6). Høyere vertikale plater øker isolasjonens effekt. Rent praktisk foreslås en 300 respektiv 600 mm høy sideisolering. Hvis ledningen savner varmeavgivelse, blir isolasjonseffekten per enhet den samme som for horisontal isolasjon. Med samme eksempelet som for rett plate vil man nå med en grøftdybde på 0,8 meter redusere platebredden fra 900 mm til 600 mm ved å plassere plater med høyde 300mm ned på hver side, se utførelse figur 6. Diagram for beregning av dette er ikke tatt med her, men kan beregnes i programmet som omtales senere i dette kapittel. Kasseformet isolasjon Ledningsvarmen utnyttes maksimalt hvis en kasseformet isolasjon bygges (figur 7). Den bør dog ikke brukes på telefarlig jord, ettersom telen kan gå under esken og føre til skader ved telehiv og tining. Metoden brukes oftest for rørgraver i fjell. En liten, trang isolasjonskasse gir best isolasjonseffekt. Ledninger som kan innebære risiko for avkjøling, f.eks. drenvann, plasseres utenfor kassen. Hvis ledningsvarmen er ujevn, kan dette kompenseres ved en større isolasjonskasse. Da beholdes den varme som lagres i sandfyllingen bedre. Beregningsprogram for isolering i bakken VA-isoleringsmodulen i beregningsprogrammet for Dow Styrofoam gjør at du kan dimensjonere isolasjon for VA-ledninger mye enklere enn hva som har vært mulig tidligere. Ved noen få tastetrykk kan du prøve deg frem med forskjellige løsninger og enkelt finne frem til den som er den mest optimale for ditt prosjekt. Programmet inneholder to moduler: VA-ledninger Gulv på grunn Beskrivelsestekster Beskrivelsestekster for isolering av VA-ledninger iht. nye NS utgave kan også lastes ned på på siden Industri/VVS/VA. Beskrivelsestekstene er laget som word, G-prog beskrivelse og Focus Anbuds fil. 73 Utendørs VVS 736 Isolasjon. H.36.1 Isolering av rørledninger med plater H.36.2 Isolering av rørledninger med plater H.36.4 Isolering av rørledninger med kasser Riktig dimensjonering og isolering er din sikkerhet!