Fugtig isolering i prærør med PEX

Transkript

1 Projekt nr Titel: Udvikling af ikke-destruktiv metode til bestemmelse af fugtindholdet i isoleringen i fleksible præisolerede fjernvarmerør med medierør af PEX, fase II Udført af: Teknologisk Institut Fugtig isolering i prærør med PEX Udvikling af ikke-destruktiv metode til bestemmelse af fugtindholdet i isoleringen i fleksiblepræisoleredefjernvarmerør medmedierørafpex,fase I Maj 2018

2 Udvikling af ikke-destruktiv metode til bestemmelse af fugtindholdet i isoleringen i fleksiblepræisoleredefjernvarm erørm ed medierørafpex,fase I Dansk Fjernvarmes F&U-konto nr Udførtaf: Teknologisk Institut, Energi og Klima, Installation og Kalibrering, Aarhus Illustrationer og fotos: Alexander Dahl Bennedsen, Henrik Kjeldsen og Niels Winther, Teknologisk Institut 1

3 Forord DeteprojekterenopfølgningpåDanskFjernvarmes F&U , hvor det blev vist, at fugtindholdetipur kanbestemmesmedmikrobølger,hvorfordet var oplagt at udvikle en prototype til et enkelt,håndholdtmåleapparat.deteharværetprojektetsprimæreformål,ogpådenbaggrundhar DanskFjernvarmesF&U-fondstøtetdeteprojektsgennemførelse.Projektetersåledesenfase Ii forholdtildetindledendeprojektfra2015,ogderhenvisessom sådantilrapportenherfra(seliteraturlisteniafsnit8)som baggrundfornærværenderapport. Teknologisk Institut Aarhus, den 31. maj 2018 Niels Winther Henrik Kjeldsen Civilingeniør Seniorprojektleder,dr.scient. 2

4 Indholdsfortegnelse Forord Sammendrag Baggrund Vanddampdiffusion gennem PEX Fugtmålingmedmikrobølger Projektetsudførelse Opbygningafmåleapparat Resultater Brugafmåleapparatet Konklusion Tekniske data og opbygning Litteratur

5 1. Sammendrag Projektetharhaftsom formålatudvikleenprototypetiletenkelthåndholdtmåleapparat,derkan anvendes til ikke-destruktivt at vurdere, om der er fugt i isoleringen ifleksiblepræisoleredefjernvarmerørmedmedierørafpex. IprojektetsfaseIblevdetvist,atmikrobølgerervelegnede til detektion af fugtipur,ognærværende projektharpådenbaggrund,efterderblevfundetenvelegnetkom m ercielm ikrobølgesensorogudførtforskeligevaliderendemålinger,fremstiletenprototypeafethåndholdtmåleapparat. I projektet var det oprindeligt meningen at udvikle et apparat med to sensorer placeret i en U-formet bøjlepåhversinsideafrøret.den enesensorsku ledelsfungeresom mikrobølgesender,delsmodtage det reflekterede signal fra isoleringen, og den anden sensor skulle modtage det transmitterede signal gennem isoleringen. Da det ikke umiddelbart var muligt at skaffe en sensor, som udelukkende var en modtager, blev prototypen,efterindledende forsøg m ed gode resultater,udvikletm ed kun én sensor som sender og modtager svarende til anvendelsen i fase I. Prototypen er indbygget i et kort plastrørm edsensorenideneneende, og grafisk display til visning af fugtindhold samt adgang til batteri og kommunikationsport m.v. i den anden ende. Aflæsningenafmåleresultatetskerpåen10segmentsLED-bar,og m åleom rådetersattilatvære0 10svarendeomtrentligttil0 400g/m vandiet22/66mm fleksibeltpræisoleretfjernvarmerør medmedierørafpex,hvilketharværetdenrørdim ension,derharværetadgang tilatm ålepåvia projektpartneren AffaldVarme Aarhus. Metoden til ikke-destruktivt at vurdere et eventuelt fugtindholdiisoleringenharværetatsammenligneden signalværdi,sonden gav,m ed detfaktiske vandindhold i isoleringen, der blev fundet ved traditioneludsavning afrøretistykkerpå15 cm tilvejningogudtøring,indtilvægten varkonstant og dermed bestemme fugtindholdet som g/m. 4

6 2. Baggrund Deteretkendtfænomen,atPEXikkeerdifusionstætoverforvanddamp.Iårene udgav Teknologisk Institut tre rapporterom em net,idetm edierørafplastpådettidspunktvar ved at blive introduceretipræisoleredefjernvarm erør,sådekunnefremstilles fleksible. Pådettidspunktvardriftstemperaturernegenerelthøjere,enddeeridag, og da vanddampdiffusionen gennem PEX stiger eksponentielt med temperaturen, er detsåledesisærældrerør,derharværetudsate.nårvanddampen møderisoleringen omkring medierøretkølesdenafogkondensererpåvej modkapperørettilvand. Etmindrepilotprojekt,gennemførtafDanskFjernvarmes distributionsgruppe i 2014 om betydningen afvådisolering,visteveddestruktivprøvning,atvandindholdeti11 21 årgamle fleksible stikledningermedmedierørafpex låpå97 182g/m medtilsvarendevarmekonduktivitetpå0,035 0,040 W/(m K),hvilketviserbetydningenaf,atisoleringenikkevartør;fortørisolering kan norm altforventesenvarmekonduktivitetpå0,025-0,030w /(m K). PådenbaggrundstøtedeDanskFjernvarmesF&U-fond i 2015 et projekt (fase I, se Teknologisk Institut, 2016) til at verificere en ikke-destruktiv metode baseretpåmikrobølgertil detektion af fugt ipur,og nærværendeprojekt(fase I)harpåbaggrund af resultaterne fra fase I udviklet og fremstiletetanvendelse specifiktmåleapparatsom prototype. Deenkeltestikledningerudgørofterelativkortestrækninger,mensamlet er summen af stikledninger medmedierørafpex betydelig,ogudgøranslåetfleretusindekilometer.detersåledesafstorbetydning via en ikke-destruktiv metodeatkunneafgøre,hvorvidtenstikledningharvåd isolering med henblikpåatvurdere,om enudskiftningerrelevant,idetm angeafdiseledningertidligereharværet udsatforrelativhøjedriftstemperaturer. PådenbaggrundharDanskFjernvarmesF&U-fondstøtetdeteprojektsgennemførelse. 2.1 Vanddampdiffusion gennem PEX Teorien bag de fysiske forhold omkring vanddampdiffusion gennem PEX er grundig behandlet og beskrevet i rapporterne Undersøgelseafdifusionsforholdifjernvarmerørafplastfra 1991, Vanddampdifusionsindflydelsepåpræisoleredeplastrørfra 1998 og Vanddampdifusionsindflydelsepå præisoleredeplastrør,del2fra2000,og læseren henvisessåledestildiseforen kom pletindføring i emnet (se litteraturlisten i afsnit 8). En af konklusionerne fra de tre rapporter var, at vanddampdiffusionen gennem PEX bl.a. stiger med mediets temperatur, hvilket stemmer overens med, at detprim ærtharværetrørstykkerfrafrem løbsledningerne, der har haft fugtig isolering,mensrørstykkernefrareturløbsledningerne generelt alle harværettøre,ogdetvarogsåresultatetafdistributionsgruppens pilotprojekt. Nårvanddampenmøderisoleringensyderstedel,hvortemperaturennærmersigjordens,begynder denatkondenseretilfritvand,hvilketogsåkunneerkendes i forbindelse med udsavningen af de enkelterørstykker,der indgik i projektet. Andreparametre,derogsåharbetydningfor,om isoleringen bliver fugtig, er omgivelsernes temperatur og fugtighed samt om der er utætemedie-elerkapperørsamlinger. 5

7 3.Fugtmålingmedmikrobølger Mikrobølgererelektromagnetiskebølgermedenfrekvensdergør,at de kun interagerer svagt med mange materialer, inklusivt plastrørogisoleringifjernvarmerør.tilgengældpasermikrobølgers frekvens overens med vands egenfrekvens (for rotation),hvilketgør,atinteraktionen her er signifikantogmålbar. Mikrobølgernevilikkeblivefuldtabsorberetafeventueltvandiisoleringen.Istedetkanmikrobølgerneforetagesigénaftremuligheder: - Dekanfortsæteuforstyretigennem materialet (transmission) - De kan reflekteres af overgangen mellem isolering og vand (refleksion) - Dekanfåvandmolekylettilatrotere(absorption). Styrkenafbådetransmision,refleksionogabsorptionafhængerafhvorstorsandsynlighedenerfor, atmikrobølgernemøderetvandmolekyle.dvs.atjo merevand,dereriisoleringen,jostøreer sandsynligheden for, at der vil ske refleksion/absorption,og jo mindre signalvilbevæge sig hele vejenigennem materialet;deteervistitretilfældeifigur1. Den anvendte sensor i dette projektindeholderbådemikrobølgesenderog-modtager.denmålerrefleksion,dvs.dengiveretspænding signalsom erproportionalt med styrken af de reflekterede mikrobølger. I Figur 1a) er der intet vand i materialet,ogm ikrobølgernekansåledesfortsæ teuforsty retigennem materialet.figur1b)viserettilfælde,hvorenlilem ængdevand ertilstedeim aterialet.hervilen delafmikrobølgernefortsæ teigennem materialet,mensendelafmikrobølgernebliverabsorberet af vandet og en del reflekteres af vandet.ifigur1c)erdersåmegetvand imaterialet,atdetikke længereerm uligtform ikrobølgernea transmittere hele vejen igennem. I stedet vil al energien fra mikrobølgerneentenabsorbereseller reflekteres af vandet. Figur 1: Transmission, absorption og refleksion af mikrobølgerienprøve.hvisprøvenikkeindeholder noget vand, svarende til figur a), vil alle mikrobølgertransmiteresgennem prøven.nårvand begynderatværetilstedeimaterialet, svarende til figur b), vil noget af signalet blive transmitteret, noget blive absorberet og noget reflekteret. Hvis der ernokvandtilstedeiprøven,svarendetilfigur c), vil alt signal enten blive absorberet eller reflekteret. 6

8 4.Projektetsudførelse A faldvarmeaarhusleveredestykkerafældrefleksible stikledninger til projektet i dimensionen 22/66mm.Fremløbsledningenvarsom ventetmarkanttungereendreturløbsledningen grundet vandindholdetiisoleringen,og ved førstevejning varforskelen på54%. Begge ledninger blev anvendt tilatkalibrerem ikrobølgesensoren,såsignaletfradennesvaredetilhelttørhhv. megetvåd.m åleapparateteropbygget,såmåleområdetefterfølgendekanjusteres. Underkalibreringenblevdermåltpårørstykkermedogudenvandimedierøret,ogsignaletvarens ibeggetilfælde.detevarikketilfældetiprojektetsfase I, og forskellen skyldes, at der blev anvendt enandensensor(beregnettilmurværkm.m). Signaletframikrobølgesensoren,nårdenneikkeholdesop mod et emne (dvs. i luft), var det samme som etrørstykkesom varhelttør.frahvertrørstykkeblev derudsavetfireprøverá15cm,derblev vejetoglagttiludtøringved70 C,som erdentemperatur,kapperøretafpe-ld længerevarende maksimaltbørudsætesfor.rørstykkerneblevmedjævnemelemrum vejet,indtilvægtenvarkonstant og vandindholdet dermed bestemt. Resultaterne fremgårafafsnit5.udtørring og vejning skete sideløbendemedopbygningenafmåleapparatet. Denkortelængdepårørstykkerneblevvalgtforatsikreenrelativkortudtøringstid,daderørstykker der indgik i distributionsgruppens pilotprojektvarpå 1m,og udtø ringentogdaoveretårforde vådesteafstykkerne. Figur2:Udsavederørstykkerá15cm længdelagttiludtø ringved70 C indtilvægtenvarkonstant 4.1Opbygningafmåleapparat Projektetsprimæreformålharværet at bygge en prototype afmåleapparatet,ogdendelblevudførti samarbejdemedalexanderdahlbennedsenogsimonm øinicheskovfracenterfortransportog Elektriskesystemer,TeknologiskInstitut.Mikrobølgesensorenkunnefikseresideneneendeafet63 mm plastrør,ogiselverøretblevdentilhørendeelektronik, batteri m.m. indbygget, og i den anden endeafrøretblev displayetanbragt som en 10 LED-bar med rød,guloggrønsvarendetilmeget fugtig isolering, let fugtig isoleringogtørisolering. 7

9 De forskellige komponenter og principskitse er vist iafsnitet 7.Tekniskedataogopbygning.Hele apparatetkansespåfigur3 4,ogpåfigur5 8sesmåleapparatets display ved forskellige detektionsområder. Figur3:Måleapparatet(t.v.) denhvidemikrobølgesensorsesfo rest.bagest(sefigur4 8)erLEDdisplayetplaceret.(Voltmeterettilhøjreerkuntilslu tetforatudføre en indledende kontrolog er ikkenødvendigtidagligbrug.) Figur4:Apparatet(forest)anvendeshertilmålingpåetmegetfugtigrørstykke(bagerst).Bemærk udslagetpåled-displayetogsammenlignmedfigur5 8. 8

10 Figur5:Indikationfortørisolering/tændt Figur 6: Indikation for let fugtig isolering Figur 7: Indikation for fugtig isolering Figur 8: Indikation for meget fugtig isolering 5. Resultater Rørstykkernelevereti2017fraA faldvarmeaarhusvaretsamhørendesætældrefleksiblepræisoleredefjernvarm erør,deridetfølgendebliverbetegnet17f og 17R for hhv. frem og retur. I 2018 blevleveretetrørstykkeafenreturledning,deridetfølgendebliverbetegnet18r. Vægtenafdeenkelterørstykkerfremgårafnedenståendetabel,idethvert tal er et gennemsnit af fire rørstykker. Udtøringstid[døgn] Rørstykke F R R F/17R 54% 44% 33% 26% 23% 21% 15% 10% Tabel1:Målingerneangivervægtenafrørstykker(angivetig/m)som funktionafudtø ringstiden. 9

11 Afbiledesrørstykkernesvægt,fundetvedudtøringogvejningsom funktionafudtøringstiden,fås ensammenhængsom vistpåfigur9.udtøringenafreturløbsrøreneblevstoppet,davægtenvarkonstantefterca.50døgn.diserørstykkerkansåledesbetegnessom værendefuldtudtø rede. Detses,atstykkernefrareturløbsrørene som ventet var stort set helt tø re,idetderved udtø ring og vejningkunblevmåltetfugtindholdpå9 14g/m,m ensderifrem løbsrøretvaretvandindhold på mindst( )g/m =328g/m.Indenudtøringenblevpåbegyndt,varderenvægtforskelmelem rørene17f og17r på54%,hvilketindikeredeethøjtvandindholdifremløbsrøret. Figur9:Fugtindholdetfrarørstykkernefundetvedudtø ringogvejningsom funktionafudtø ringstiden Daudtøringenikkevarendeligtfærdigvedrapportensafslutning,kanvandindholdetifremløbsrøreneestimeresiforholdtilvægtenafdeudtø redereturløbsrørtil( )g/m =389g/m,altså ca.4 dlvand pr.meterrør.genereltkan detrelative fugtindhold bestemmes ved at sammenligne vægtenafdetrelevanterørstykkemedvægtenafdetudtøredereturør: Anvendes denne metode, bliver fugtindholdetifrem løbsrøretindenudtø ring56%. 5.1Brugafmåleapparatet Vedbrugsætesdenendeafapparatet,hvormikrobølgesensoren er placeret, vinkelretpåkapperøret, og variationen af fugtfordelingen i isoleringenm ålesvedatdrejeapparatetrundtom røret.displayets maksimale udslag noteres. 10

12 Apparateterafprøvetpårørstykker med varierende fugtighed. Undertestmålingernevarderyderligeretilføjetetvoltmeter,som målteoutput-signaletframikrobølgesensoren direkte (se figur 3). Resultaterne er vist i tabel 2. Overordnet kan det ses, at apparatet giver udslag foralerørstykkernemed19 56% fugt,hvorimod derikkeerudslagforrørstykkernemed8% fugtelerm indre.derersåledesdem onstreret,atapparatet kan anvendes til at detektere, om der er en betydeligm ængdefugtirørstykker. Rørstykke Tøretid Vægt Fugtindhold Apparatets visning Signal fra sensor [døgn] [g/0,15m ] (display) (V) Org.tør(17R) % Tør 0,97 17F# % Tør 0,98 17F# % Let fugtig 1,18 17F# % Fugtig 1,21 17F# % Meget fugtig 1,28 17F# % Meget fugtig 1,26 Org.våd(17F) % Meget fugtig 1,30 Luft Tør 0,97 Tabel 2: Test af apparatet. Fugtindholdet af rørstykkerneersammenholdtmedapparatetsvisning Afprøvningenafprototypeapparatethar givet anledning til nogle forslagtilændringer/forbedringeri forbindelse med en evt. forbedret fremtidig udgave: 6. Konklusion Erfaringerne viser, at detstørstefugtindholdfindesidennederste del af isoleringen, dvs. i bunden afetrør.idetdisplayeteranbragtmodsatmikrobølgesensoren,kandetværenødvendigtatanvende etspejlforataflæsedisplayet,nårdermålespåundersiden afetrør.deteeruhensigtsmæ sigt. Enforbedretudgavekunneundgådeteproblem,hvisdetudstyresmedenlilehøjtalersom gav etlydsignal(f.eks.langsomt bip :Tørt hurtigt bip :Fugtigt) Detervigtigt,atmåleapparatetplacereskorektpårøretforatfågodem ålinger.vedatm odificere forendenafapparatet,såledesatdeterletatlaveetgodtanlægpårøret,kunnebrugervenligheden ogformentligtogsånøjagtigheden derforforbedres Derkanovervejesom følsomhedenafapparatetskalforøges,idetetrørstykke med 19% fugt (og etsensor-signalpå1,18v,setabel 2) kun klassificeres som Letfugtigt.Yderligeretestm ålinger påandrerørstykkervildogværepåkrævetforatsikreettilstrækkeligtstatistisk grundlag og dermednøjagtighed. ProjektetharpåbaggrundafdeindhøstedeerfaringerfrafaseIudviklet,byggetogvalideretethåndholdtmåleapparattilbestemmelseaffugtiisoleringen iældrefleksiblepræisoleredefjernvarmerør medmedierørafpex. Måleapparatetvejerca.400g,oghardimensionenØ63 185mm.Detersærdeles let og enkelt at anvende,ogdenlavevægtogdefysiskemålgørdetvelegnettilbrugon-site.apparateterforsynet med et 9 V batteri, og resultatetudlæsesnem tpåen10segm entsled bar. Vedbrugsætesdenendeafapparatet,hvormikrobølgesensoren er placeret, vinkelretpåkapperøret, ogvedatdrejeapparatetrundtom røretkanvariationenaffugtfordelingeniisoleringenmåles.testmålingernedererpræsenteretidennerapportdemonstrerer, at apparatet kan anvendes til at detektere om dererenbetydeligmængdefugtiisoleringenafpræisoleredefjernvarmerør. 11

13 Dadetudvikledemåleapparaterenprototype, er der muligheder for fremadrettet at videreudvikle i forholdtildesign,holdbarhed,tæthed, ergonomi m.m. i forhold til en eventuel kommerciel produktion. 12

14 7. Tekniske data og opbygning Måleapparateteropbyggetaffølgendekomponenterogpåfølgendemåde: Hus PVC-plastrør Sensor TrotecTS610SDI(kunselvemikrobølgesensoren) Spændingsforsyning 9V E-blok Mikroprocessor Adafriut Trinket Display 10 segments LED-bar Vægt 403g Dimensioner Ø63 185mm Tabel2:Måleapparatetshoveddata Figur8:Måleapparatetsopbygning 13

15 8. Litteratur Undersøgelseafdifusionsforholdipræisoleredefjernvarmerørafplast, Dansk Teknologisk Institut, 1991 Vanddampdifusionsindflydelsepåpræisoleredeplastrør,DanskEnergiM anagementa/sogdansk Teknologisk Institut, 1998 Vanddampdifusionsindflydelsepåpræisoleredeplastrør-del2,DanskEnergi Management A/S, DanskTeknologiskInstitutogLøgstørRørA/S,2000 Fleksiblepræisolerederørmedfugtigisolering, Teknologisk Institut, 2015 Udvikling af ikke-destruktiv metode til bestemmelseaffugtindholdetiisoleringenifleksiblepræisoleredefjernvarm erørm ed medierørafpex(fasei),teknologiskinstitut,