Ön izolasyonlu, jeotermal boru, birleştirilmesi ve takılması oldukça rahat, enerji kaybını en aza indiren, ilerleyen dönemde maliyeti azaltan hafif ön yalıtımlı borudur. Yeni binalarda özellikle güçlendirme için kullanılır. Yüksek enerjili köpük kullanılarak yalıtımlı hale getirilmiştir. Böylece verimliliği de artar. Yalıtımlı borular bölgesel ısıtma sistemlerinde ve sıcak su sağlanması işlemlerinde yaygın bir şekilde kullanılır. Ön izolasyonlu borular genel olarak 3 temel parçadan meydana gelir. Bu 3 parça servis borusu olarak isimlendirilen çelik boru, ısı yalıtım tabakası ve bir dış kasadır. Isı yalıtımlı boruların amacı içindeki taşınan maddenin ısısını muhafaza etmektir.
Ön yalıtımlı boruların kalitesi çok yüksektir. Kullanımı da oldukça rahattır. En güncel teknoloji sahibi borular, TS EN 253,TS EN 448,TS EN 12201-2+A1 uluslararası standartlarına uygun olarak üretilir. Isı yalıtımlı borularda taşıyıcı boru ve kılıf boru arasında yalıtım sağlamak için poliüretan köpük kullanılır. Poliüretan malzeme ısıl genleşme gerilimlerini emer ayrıca toprak ile dış kasa arasındaki sürtünmeyi de taşıyıcı boruya aktarır. Bu özelliğe sahip olan ısı yalıtımlı borularda ayrı bir parça olan kompansatöre gerek kalmamıştır. Isı yalıtımlı boru farklı malzemelerden oluştuğu için kompozit boru grubuna girmektedir.
Ön izolasyonlu, jeotermal boruların iç bölümü taşıyıcı boru, ikinci katman poliüretan köpük ve son ve 3. katman da yüksek yoğunluklu polietilenden (HDPE) bir koruyucudur.
Isı yalıtım malzemesi olan köpüğün ısıl iletkenliği yaklaşık 0.024-0.033 W/(m·K), λ 50’dir. Avrupa standartları olan EN 253:2019 & EN 15698-1:2019'a göre, ısı yalıtımlı borular 30 yıl boyunca 120 °C (248 °F) sabit sıcaklıkta işlem görebilecek şekilde hazırlanmalıdır. İzolasyonlu borular yaygın olarak 6 metre (20 ft), 12 metre (39 ft) veya 16 metre (52 ft) uzunluğundaki borulardan monte edilerek yerleştirilir. Ayrıca yoğun olarak 0,6-1,2 metre (2 ft 0 inç) toprak derinliğine gömülür.
Jeotermal borular olarak da isimlendirilen ön yalıtımlı borular üç katmanlı olarak üretilir. Bu katmanlar iç kısımda taşıyıcı boru, 2. katman olarak yalıtım malzemesi poliüretan katman (PUR) ve en dış katman ise koruyucu kılıf olarak Polietilen (PE) borudan meydana gelir. Bu katmanları açıklarsak;
Taşıyıcı boru içeriğindeki malzeme kullanım sıcaklıklarına göre değişebilmektedir. İç katmanda, kullanım sıcaklığı 70 °C sıcaklıkta veya bu sıcaklık derecesinin altında ise PolipropilenRandom (PPr) boru, kullanım sıcaklığı 140 °C sıcaklıkta veya onun altında ise çelik boru kullanılmaktadır. Standard üretimde taşıyıcı boru malzemesi çeliktir. Çelik Boru, ERW ( boyuna kaynaklı ) P235TR1 ve P235TR2 kalitelerinde, SAW ( spiral kaynaklı çelik boru) boru ve dikişsiz borularda P235GH kalitesindedir.
Taşıyıcı boru malzemelerinden bazıları şunlardır:
Isı yalıtımı poliüretan kullanılarak sağlanır. Poliüretan rijit (katı) köpük, polyol ve izosiyanat bileşenlerinin belirli oranda karışımından oluşmaktadır. Bileşenlere basınçlı enjeksiyon yapılır.
Ön izolasyonlu boruların içinde yalıtım malzemesi olarak kullanılan poliüretan köpük malzeme EN 253 standardına uyan üretici firmalardan alınmaktadır. İçine su almayan bir hücre yapısı vardır. Isı tasarrufu sağlayan ısı iletimi katsayısına [(50°) <0.026 W/(mK)] sahiptir. Isı iletim katsayısı, izolasyon ömrü boyunca ( min. 30 yıl) sabit kalır.
Poliüretan yalıtım malzemesinin TS EN 253 standardı gereğince köpük çekirdek yoğunluğu asgari 60 kg/m3, bütünsel yoğunluk ≥80 kg/m3 ‘dür. Sıkıştırma dayanıklılığı mukavemeti≥0,3 N/mm2 iken eksenel kesme dayanıklılığı ≥ 0,12 N/mm2’dir. Yalıtım maddesinin, çevre boyunca kesme dayanıklılığı ise ≥0,20 N/mm2 ‘’dir. Poliüretan, boru içerisinden nakil edilecek akışkan maddenin 120˚C’ ye kadar olan sıcaklığından 140 ˚C‘ ye kadar çıkabilecek sıcaklık derecesine kadar sürekli işlem görebilir.
Poliüretan izolasyonda ısı kaybı çok düşüktür. Yalıtımın devam etiği süreç boyunca işletme maliyeti değişmez. Montajı basit olan yalıtım malzemesi zaman tasarrufu sağladığı gibi işçilik maliyetini de azaltır. İşçilik hataları da böylece en az seviyeye indirilir. Toprağa gömülerek uygulandığı için galeriye gereksinim duyulmaz.
Bağlantı uzama parçaları (kompansatör), toprak altı döşeme ve yayma yöntemlerine göre ya kullanılmaz ya da en az şekilde kullanılır. Mesnetlerin dış bölge muhafazası üzerine uygulandığı galeri iç bölgesi konsol üzeri uygulamalarda, ısı köprüleri meydana gelmez.
En dış bölgede, yalıtım malzemesini dış etkenlerden ve kimyasallardan koruyan, iç yüzeyi pürüzlendirilmiş ekstrüde polietilen kılıf boru vardır. Muhafaza (Kılıf) boruları TS EN 253- TS EN 12201-2 +A1 normlarına uygun %100 orijinal, yüksek yoğunluklu polietilen olan HDPE (High Density Polyetylene) 100 hammaddesi ile üretilmektedir. Aşınmaya karşı yüksek direnci ve darbelere karşı dayanıklılığı ile ön plana çıkmaktadır. HDPE, petrolden elde edilir. Farklı polietilenlere göre çok daha katı, güçlü ve düşük yoğunluklu polietilenlere göre ise daha ağır ve daha serttir. HDPE sudan daha hafiftir.
Mahfaza olarak kullanılan kılıf borusu UV katkılı, siyah, yüksek yoğunluklu, polietilen, yoğunluk > 940 kg/m3 olan özelliklerine sahiptir. Ebat ve özellikleri yönünden yüksek yoğunluklu dikişsiz polietilen borular TSE EN 253 standardına uygun şekilde üretilmektedir. Korona uygulaması ile kılıf boruya tutunmakta ve ayrılmamakta ayrıca PUR katı (rijit) köpük ile sürekli bağlantı korunmaktadır. Gerilme direncide -50 dereceye kadar teminat sağlamaktadır.
Ön yalıtımlı, jeotermal borular üretim firmasının fabrikasında tek parça olarak hazırlanmaktadır. Ana taşıyıcı boru olarak PPr boru, biçimlendirilmek için kullanılan plastik şekil verme sistemi olan ekstrüzyon hatlarında üretilir. Seri üretim sistemine konularak üretime devam edilir. Rastgele kopolimer polipropilen maddeden oluşan PPr Borunun üzerine eksenleme parçaları ile sızıntı sensör telleri yerleştirme işlemi yapılır. Eksenleme işleminden sonra yerleştirilen parçaların üzerinden Polietilen (PE) boru geçirilir. İç nakil borusu ile diş muhafaza arasındaki kısma Poliüretan malzeme basılması için ağız bölgeleri kapatılır. Boru üzerinde pur basılması için delikler mevcuttur. PUR’u oluşturan poliol ve izosiyanat sıvıları makine ile karıştırılır ve özel dozaj pompasıyla basma işlemi yapılır. Reaksiyona giren 2 sıvı kabarır ve genleşir. çelik boru ile kılıf borusunun arasındaki boşluğu dolduran köpük gözenekleri sayesinde ısıyı iletmeyen bir yapıya kavuşur. PUR’un katılaşmasından sonra bur üretimi tamamlanmış olur. PPr boru yerine çelik boruda kullanılabilir. Eğer çelik boru kullanılacaksa başka bir üreticiden temin edilen çelik boruya da aynı işlemler yapılır. Poliüretan maddenin oluşturduğu basınca dayanıklı olması gereken en dıştaki kılıf boru standartları karşılayacak ölçülere sahip olmalıdır. Bu nedenle üretim TS EN 253 normlarına uygun olmalıdır.
Ürün boru ara birimine (fiting) gerek kalmadan manuel olarak üretilir. İç katmandaki taşıyıcı boru enjeksiyon ya da konfeksiyon yöntemi vasıtasıyla üretilerek ürün içerisine yerleştirirler. Taşıyıcı jeotermal boru olarak çelik kullanılmışsa, mekanik temizlenme işleminin akabinde çelik borunun dış yüzeyine ve isteniyorsa iç yüzeyine de kimyasal bir maddeden elde edilen reçinenin içine barit, titan, renk pigmentleri, ve yüzey ajanları katılarak mikser yardımı karıştırılarak oluşturulan bir boya olan epoksi boya yapılabilir.
Çelik veya PPr boru, poliüretan köpük ve polietilen kılıftan meydana gelen ısı izolasyonlu borular; bir bütün halinde imal edilir. Isı yalıtımlı boruların hem üretimi hem taşınması hem de montajı titizlikle takip edilmesi gereken bir süreçtir. Bu süreçlerin tümünde korunmasına dikkat edilmesi gereklidir. Boruların tahliyesi ve boşaltılması esansında işlemi yapan işçiler boruların üzerine basmamalı ve üzerlerine ağırlık koymamalıdırlar. Boşaltma sırasında kaldırılırken çelik boru aksamından tutulmalı veya taşıma kancaları çelik boru üzerine takılmalıdır.
Gereken özen gösterilmediğinde boruların düşerek veya çarparak zarar görme riski vardır. Isı yalıtımlı borular kuru ve gölge olmayan bir alana indirilmelidir. Boruların stok süresi 6 aydan fazla olmamalıdır. Mümkün olduğunca istif esnasında borular üst üste konulmamalı, eğer mutlaka konulması gerekiyorsa sıra sayısı oldukça az olmalıdır. Polietilen boruların zarar görmesinin önüne geçmek için çelik boruların arasından takoz koyulabilir.
Isı izolasyonlu, jeotermal boruların montajı, birleştirme setleri, dirsekler, te’ler ve redüksiyonlar yardımıyla işinin uzmanı bir ekip tarafından yapılmalıdır. Kullanılacak montaj malzemeleri ile borunun aynı olması birbirine uyum sağlaması aşısından önemlidir. Montajda kullanılacak birleştirme malzemeleri şunlardır:
Manşon benzeri iki tıpaya sahip delikli özel çapta hazırlanmış boru
Gerekli olan miktarda poliüretan bileşen
Isıyla büzüşen iki adet bant
Ön yalıtımlı, jeotermal boruları uygulamaya geçirmek istediğiniz projelerinize fayda sağlayabilir. Teknolojik gelişmelerin her gün yeni bir aşamaya geçmesi ile birlikte gemi projelerinde ön yalıtımlı borular kullanılmaya başlanmıştır. Bu yaklaşım, yeni gemiler yapılırken kullanılabileceği gibi hali hazırda kullanılan hatların yenilenmesinde de kullanılabilir. Ön izolasyonlu boru kullanılması dalgalar sebebiyle ulaşan tuzlu su, şiddetli rüzgâr, aşırı yağmur, sıcak ve insan trafiği nedeniyle meydana gelen olumsuz durumların ortadan kaldırılması için iyi bir çözüm olabilir.
Ön yalıtımlı borular gemi sanayisinde de kendine kullanım alanı bulmuştur. Kullanıldığı her alanda olduğu gibi gemi endüstrisinde de birçok kullanım avantajı vardır. Örneğin;
Sektörde jeotermal boru, paket boru veya ön izoleli boru olarak ta bilinen ön yalıtımlı borular, TS EN 253 normlarından yapıldıklarında 120° C’ de sürekli işletme sıcaklığında 30 yıl, 115° C’de sürekli işletme sıcaklığından 50 yıl, 115° C‘nin altındaki sıcaklıklarda 50 yıldan daha fazla izolasyon ömrüne sahiptir.
Ön izolasyonlu, jeotermal borular akışkan sıcaklığı 140°C’ye kadar olan taşımalarda kullanılabilir.
Akışkan sıcaklığı 140°C’nin üzerinde ise ısı yalıtım boru taşyünü-PUR kombinasyonu yapılarak kullanılmaktadır.
İçi çelik olarak üretilmiş ısı yalıtımlı borular buhar taşımak içinde kullanılabilmektedir.
Isı transferini içten dışa dıştan içe olarak engelleyen özelliğe sahip ısı yalıtımlı borular soğuk akışkan naklinde de kullanılabilir. Soğuk akışkanlar ısınmadan ön izolasyonlu borular ile ihtiyaç duyan tüketicilere ulaştırılır.
Ön izolasyonlu boru sistemlerinde, boru hattındaki ısıya bağlı genleşme ve büzülmelerin sebep olduğu, boyutsal değişimi engellemek ve ortaya çıkan problemleri de yok eden bir araç olan kompansatör kullanılmamaktadır. Çünkü ön yalıtımlı borularda toprak sürtünme kuvvetleri ile iç bölgedeki boru genleşmesi ve uzaması emildiğinden kompansatörlere gerek duyulmamaktadır.
Ön yalıtımlı borularda kompansatör kullanılmadığı için boru uzamasının içeri çekilmesi için toprak sürtünme kuvvetlerinden yararlanılmaktadır. Bunun olabilmesi için Poliüretan köpük hem çelik hem de polietilen ile kimyasal reaksiyona girmeli ve bağ yapmalıdır. İşte tam da burada poliüretan ile polietilen arasındaki bağı kurmak için korona işlemi yapılmaktadır. Korona yapılmayan uygulamalarda kompansatör kullanılmak zorundadır.
Ön izolasyonlu, jeotermal borular toprak altına gömülerek döşendiğinden galeri açılmadan işlem yapılır. Galeri açılması durumunda boru uzaması üzerinde durulması gerekir.