Содержание
Пластиковые трубы имеют множество преимуществ перед металлическими, однако пластиковая трубопроводная арматура имеет свои особенности, которые нужно учитывать при проектировании и монтаже внутридомовых инженерных систем. Речь идет о температурном или линейном расширении.
Что такое линейное расширение
Линейное расширение – это увеличение длины трубопровода при воздействии температуры теплоносителя и окружающей среды в силу физических свойств полимеров, которые обусловливают изменения структуры материала под воздействием перепадов температуры.
Полипропилен имеет достаточно высокий коэффициент температурного расширения, и при нагреве рабочей среды до 70 °С может увеличиваться в длину до 1,5-1,7 см. Это необходимо учитывать при проектировании и монтаже систем горячего водоснабжения и отопления, т.к. в противном случае это приведет к деформации, срыву креплений, завоздушиванию и снижению теплоотдачи батарей.
Если выполнить монтаж инженерной системы без учета этой особенности полимера, это может привести к деформации и неисправностям в работе трубопровода, особенно при установке системы большой длины (от 10 м).
На практике линейное расширение выглядит как сдвиг участка трубопровода: трубы в местах поворотов и фланцевых соединений словно отклоняются от вертикальной оси приблизительно на 1,5-1,7 см.
Ошибки в проектировании, когда специалист забывает учесть коэффициент температурного расширения (КТР), часто приводят к отклонению трубы от заданной оси, из-за чего участок трубопровода выглядит волнообразным.
Отсутствие специальных компенсирующих элементов приводит к тому, что трубы начинают прогибаться, провисать и деформироваться, что существенно снижает срок эксплуатации.
Для расчета необходимой длины трубопровода, а также мест установки компенсаторов используется специальная формула. В ней учитывается температура окружающей и рабочей среды, тип материала (армированный/неармированный полипропилен), длина участка. Полученный коэффициент переводят в сантиметры и добавляют к расчетной длине трубопровода.
Это важно! Расчет коэффициента температурного расширения актуален только для систем горячего водоснабжения и отопления, где вода нагревается до 70 °С и выше. Полипропиленовые трубы в системе холодного водоснабжения практически не меняют физических свойств, поэтому этот параметр брать во внимание при монтаже не нужно.
Зависимость структуры материала от воздействия температуры
Следует отличать максимальную температуру, которую могут выдержать ПП-трубы, от их реальных физических свойств. Несмотря на то, что производитель указывает показатель температуры плавления полипропилена 170 °С, на самом деле полипропиленовые изделия начинают размягчаться уже при 135-140 °С.
Установка таких труб без учета температурного расширения – это не просто риск деформации. Последствия ошибок в проектировании инженерных систем могут быть значительные:
- происходит срыв крепежных элементов;
- на деформированном участке скапливается воздух, снижающий пропускную способность системы (т.н. завоздушивание);
- температура радиаторов и стояков снижается, система работает менее эффективно;
- трубы лопаются, возникают утечка теплоносителя.
Важно! Для монтажа инженерных систем используются неармированные и армированные ПП-трубы. Вторые имеют дополнительный слой, который защищает внешний слой полимера от перегрева. Благодаря этому снижается коэффициент температурного расширения трубы, но полностью он не нивелируется.
У армированных полипропиленовых труб КТР меньше, но его все равно нужно учитывать.
Усредненные показатели коэффициент температурного расширения:
- неармированные – 0,15 мм/мК;
- армированные металлом – 0,03 мм/мК;
- армированные стекловолокном – 0,035 мм/мК.
На деле коэффициент температурного расширения для неармированных ПП-труб 0,15 мм выглядит как удлинение участка на 1 см на каждый метр трубопровода, если температура рабочей среды достигнет 70°С.
Внимание! Это не означает, что труба длиной 5 м удлинится на 5 см при запуске горячей воды. В системах горячего водоснабжения температура воды составляет максимум 65°С, следовательно коэффициент расширения также будет меньше.
Но, в конечном счете, при расчете длины инженерной системы нужно учитывать реальные температурные показатели. Для системы отопления длина трубы может увеличиться на 5 см и более.
Расчет коэффициента расширения для различных видов труб
Существует формула для расчета расширения полипропиленовых труб при нагреве, позволяющая определить, насколько увеличится длина трубопровода:
- Д — искомая длина участка после нагрева;
- к — коэффициент температурного расширения;
- ДТ — проектная длина трубопровода в метрах;
- t – разница температур между воздухом в помещении и теплоносителем.
Например, для установки системы отопления протяженностью 10 метров и проектной температурой теплоносителя 90 °С будут использоваться армированные алюминием полипропиленовые трубы.
Температура в комнате во время монтажа составляет 25 °С. Используя формулу, можно определить длину участка после нагрева: 0,03*(90-25)*10 = 19,5 мм.
То есть к трубопроводу из армированного полипропилена протяженностью в 10 м при проектировании необходимо еще добавить запас длины 1,95 см.
Монтаж с учетом показателя линейного расширения
При монтаже трубопровода для горячего водоснабжения и отопления (в т.ч. системы «теплый пол») обязательно нужно учитывать удлинение трубы в результате воздействия высокой температуры.
Оптимальный выбор изделий для установки трубопровода – армированные трубы со стекловолоконным или алюминиевым внутренним слоем. Армирование — слой фольги или стекловолокна — поглощает часть тепловой энергии от теплоносителя и сокращает коэффициент температурного расширения полимера. Благодаря этому потребность в компенсации физических изменений будет также снижена.
Правила монтажа труб с учетом линейного расширения:
- между трубопроводом и стеной в помещении необходимо оставить небольшой зазор, т.к. трубы могут отклоняться от своей оси при нагреве и идти волнообразно;
- особенно важно оставить небольшие зазоры в углах помещений, где трубы соединяются поворотными муфтами или фланцами;
- на длинных участках трубопровода устанавливают специальные компенсаторы линейного расширения, которые одновременно фиксируют трубопровод в своей плоскости, но позволяют ей смещаться по направлению монтажа;
- желательно снизить количество жестких стыков, чтобы обеспечить гибкость трубопроводу.
В некоторых системах горячего водоснабжения и отопления на базе армированных и неармированных изделий можно увидеть различные способы т.н. самокомпенсации температурного расширения за счет упругой деформации полипропилена.
Чаще всего используются петлеобразные компенсирующие участки – кольцевые повороты с подвижной фиксацией на стене. Петля, полученная в результате такой установки, сжимается и расширяется при нагревании/остывании теплоносителя, не влияя на положение и геометрию трубопровода на остальных участках.
Компенсаторы расширения труб
Кроме самокомпенсации, предотвратить деформацию труб в результате температурного расширения можно с помощью дополнительных приспособлений – механических компенсаторов. Они устанавливаются на Г- и П-образных участках трубопроводов и представляют собой скользящие опоры, через которые проходит труба.
Специальные компенсаторы расширения делятся на несколько типов:
- Осевые (сильфонные) – приспособления в виде двух фланцев, между которыми находится пружина, компенсирующая сжатие и расширение участка трубопровода. Крепятся неподвижно к опоре.
- Сдвиговые – используются для компенсации осевого отклонения участка трубопровода при температурном расширении.
- Поворотные – устанавливаются на участках поворота магистрали для уменьшения деформации.
- Универсальные – объединяют расширения во всех направлениях, компенсируя поворот, сдвиг и сжатие трубы.
Компенсатор Козлова
Существует также новый вид устройства, названный в честь своего разработчика – компенсатор Козлова. Это более компактное устройство, внешне напоминающее участок трубопровода из полипропилена.
Внутри компенсатора находится пружина, которая поглощает энергию расширения труб в пределах участка, сжимаясь при нагреве воды и расширяясь при остывании. Преимущество компенсатора Козлова перед другими видами приспособлений – более легкий и простой монтаж, а также сокращение расхода арматуры.
В отличие от петлеобразного участка, при монтаже компенсатора Козлова достаточно соединить участок труб фланцевым или сварным способом.
Линейное расширение полипропиленовых труб возникает в результате воздействия разных температур, в результате чего, возникает более или менее явное изменение размеров. На практике оно может проявляться как в увеличение размеров в случае повышения температур, так и в уменьшении при снижении температур.
Поскольку полимерные материалы имеют увеличенный по сравнению с металлами коэффициент линейного удлинения, то при проектировании систем отопления, холодного и горячего водоснабжения, производят расчёт удлинений или укорочений трубопроводов при возникающих перепадах температур.
Линейное расширение полипропиленовых труб.
Проектирование и монтаж трубопроводов необходимо выполнять так, чтобы труба могла свободно двигаться в пределах величины расчетного расширения. Это достигается за счет компенсирующей способности элементов трубопровода, установкой температурных компенсаторов и правильной расстановкой опор (креплений). Неподвижные крепления труб должны направлять удлинения трубопроводов в сторону этих элементов.
Расчёт изменения длины трубопровода при изменении его температуры производится по формуле:
где ΔL – изменение длины трубопровода при его нагреве или охлаждении;
α – коэффициент теплового расширения константа мм/м С−¹;
- Для труб PN20 равен α = 0,15 мм / мК
- Для труб PN 25 (армированная) равен α = 0,03 мм / мК
L – расчётная длина трубопровода;
Δt – разница температуры трубопровода при монтаже и эксплуатации °С(°К);
Δt = Tw-Tm Tw – рабочая температура жидкости;
Tm – температура воздуха при монтаже.
Расчет линейного расширения труб:
Пример 1 (расширение):
Линейное расширение полипропиленовых труб которое необходимо учитывать при проектировании систем горячего водоснабжения и отопления.
- L (длина трубопровода) = 3 м;
- Tw (температура теплоносителя) = 75ºС
- Tm (температура воздуха) = 20ºС
- ΔL (разница температуры трубопровода при монтаже и эксплуатации) =
– Труба PN20 α х L х ΔТ = 0,15 х 3 х 55 = 24,75 мм
– Труба PN25 (армированная) α х L х ΔТ = 0,03 х 3 х 55 = 4,95 мм
В этом случае труба подвергается положительному изменению (расширению) от своей первоначальной длины.
Пример 2 (сокращение)
Его необходимо учитывать при проектировании систем кондиционирования и охлаждения.
- L (длина трубопровода) = Зм
- Tw (температура теплоносителя) = 5°С
- Тм (температура воздуха) = 20°С
- ΔL (разница температуры трубопровода при монтаже и эксплуатации) =
– Труба PN20 α х L х ΔТ = 0,15 х 3 х (-15) = -6,75 мм
– Труба PN25 (армированная) AL = α х L х ΔТ = 0,03 х 3 х (-15) = -4,95 мм
В этом случае труба подвергается отрицательному изменению (сокращению) от своей первоначальной длины.
Трубопрокатные материалы из полипропилена при повышении температуры носителя имеют свойство расширяться больше, чем стальные аналоги. Причем, коэффициент линейного расширения полипропиленовых труб больше выражено в длине.
При монтажных работах эти свойства необходимо учитывать. Иначе возникает деформация и нарушение герметичности магистрали.
ВАЖНО! В системе подачи холодной воды значительных изменений температурных показателей нет, поэтому в данной ситуации коэффициент теплового увеличения полипропиленовых труб не актуален. Это важно для сетей отопления и снабжения горячей водой, особенно это важно для магистрали большой протяженности.
Как влияет температура на эти материалы
Несмотря на то, что ПП изделия могут переносить температуру до +170 градусов, размягчаются они уже при +140 градусах.
Сильная деформация этих трубопрокатных изделий принимают во внимание в момент монтажа.
Если установить такие трубы в стену, то со временем это может нести угрозу ее целостности. Этого не происходит с армированными материалами, но у них имеется другой недостаток, они могут лопнуть.
Значение коэффициента теплового увеличения
Сразу необходимо заметить, что не армированные изделия обладают более высоким коэффициентом теплового расширения, если сравнивать их с армированными видами. Это тоже нужно принимать во внимание.
Если не учитывать коэффициент теплового увеличения полипропиленовых трубопрокатов, то под влиянием температуры могут вырвать крепежные клипсы, а на прямом участке магистрали появляется синусоидальное деформирование.
В таком участке собирается воздух и снижается пропускная функция. В обогревательной сети при этом понижается температура батарей, и ломаются соединения.
Не армированные изделия имеют коэффициент теплового расширения 0,1500 мм/мК, а у полипропиленовых трубопрокатов армированных стекловолокном составляет от 0,03 до 0,05 мм/мК. Понятно, что это отличие довольно ощутимое, и при работе это нужно помнить.
На практике проверили, что ПП труба длиной в 5 метров от воздействия тепла увеличивается от 11 до 17 мм.
Линейное увеличение армированных изделий
Полипропилен – это материал с довольно высоким коэффициентом теплового расширения. Если на него длительное время действует высокое давление и горячая вода, то, как результат появляется деформация, которая значительно портит внешний вид помещения.
Для того, чтобы снизить линейное увеличение и увеличить прочность, данные трубопрокатные материалы армируют стекловолокном или алюминием.
Существует несколько разновидностей армирования. Армирование алюминием выполняют тремя разными вариантами: внешнюю стенку заготовки соединяют с целостным алюминиевым листом; листом алюминия укрепляют стенку внутри; и последний способ – это армирование перфорированным алюминием.
Каждый из этих методов является склеиванием ПП труб с алюминиевой фольгой. Но, такой способ не всегда эффективен, потому, что материал расслаивается, что существенно влияет на качество выполняемой работы.
Армирование труб стекловолокном получается более надежным способом. При этом с верхней и внутренней части трубы расположен полипропилен, а центральная часть заполнена стекловолокном. Обычно это армирование выполняют в три слоя. В результате изделия не подвергаются деформации.
Вот так выглядит показатель коэффициента до и после армирования:
- Неармированные изделия – 0,15 мм/мК. Это приблизительно 10мм на один метр при поднятии температуры на 70 градусов.
- Армирование алюминием меняет этот показатель на 0,03 мм/мК. И линейное увеличение составляет приблизительно 3 мм на один метр.
- Коэффициент теплового линейного увеличения полипропиленовых изделий армированных стекловолокном составляет 0,035 мм/мК.
Армированные полипропиленовые трубопрокатные изделия – это один из вариантов стройматериалов, предоставленных современным рынком.
Эти трубы легче металлических аналогов, эластичные, отличаются высоким показателем устойчивости к коррозийным образованиям. Они легко переносят воздействие химической среды и экологически безвредные.
Линейное расширение полипропиленовых труб, армированных стекловолокном, заслуживает особого внимания. Все дело в том, что полипропилен – это пластик, отличающийся высоким коэффициентом теплового расширения.
Совместно с избыточным давлением и горячей жидкостью это приводит к деформационным изменениям материала.
Чтобы снизить величину линейного расширения и поднять прочность, полипропиленовые трубопрокатные изделия армируют алюминиевой фольгой или стекловолокном.
Армирование алюминием и стекловолокном
Это делают цельной или перфорированной фольгой, толщиною в 0,01 – 0,005 см. Ее размещают на внешней или внутренней грани между прослойками полипропилена. Соединяют слои специальным клеем.
Сплошная прослойка фольги не позволяет проникать кислороду к носителю тепла. Большое количество кислорода ведет к коррозийным образованиям на приборах отопления.
Линейное расширение данных труб равняется 0,03мм/мК, приблизительно 0,3 см на один метр.
ПП трубы, армированные стекловолокном – это трехслойный композит. В нем среднюю прослойку стекловолокна сваривают с частицами полипропилена из соседних прослоек.
Если сравнить этот вид полипропилена с аналогами, то преимущество получает стекловолокно. Его монолитность не приводит к расслаиванию полипропиленовых патрубков, чего нет у алюминия.
Последняя характеристика в значительной степени упрощает монтаж и сокращает его время, так, как перед сварными работами не нужно чистить алюминиевый слой.
Для чего нужно знать о коэффициенте теплового увеличения
Линейное увеличение необходимо учитывать всегда, иначе трубосеть может разрушиться при сменах температуры, транспортируемой среды. Это особенно важно для обогревательных и подводящих горячую воду систем.
Немного в меньшей степени это касается системы «теплый пол». При прокладке полипропиленовой трубомагистрали нужно иметь в виду такую деталь. Каждый ее метр в последствие потерпит линейное увеличение почти в 1,5 мм.
А армированные стекловолокном изделия, данный показатель уменьшают почти в шесть раз. Это очень важно, потому, что деформационные изменения в результате теплового увеличения, приведут к повышенному шуму во время прохождения жидкости. Также это оказывает негативное влияние на стабильность системы в целом.
Исходя из сказанного, формулируется первое правило при монтажных действиях: «Для трубопрокатной системы, которая подвергается большому нагреванию, рекомендуют подбирать сортамент с минимальным показателем теплового изменения.
Нюансы укладки трубопроводов
Стекловолокно стали использовать не очень давно. Стеклянная фибра отличается очень маленьким коэффициентом линейного изменения, это – 0,009мм/мК.
Также нужно заметить, что данная добавка отличается превосходной прочностью при разных нагрузках.
Смотреть видео
[sociallocker]
Если сравнить ее со сталью, то она в три раза больше. Из этого следует, что трубопрокатный сортамент со стекловолокном сочетает эластичность и прочность, а это обеспечивает понижение коэффициента расширения.
Напрашивается вывод, что данная добавка к полипропилену просто идеальная. Но, стекловолокно имеет один существенный недостаток – хрупкость.
Этот минус нивелировали, создав трехслойные заготовки, где материалы скрепляются между собою на молекулярном уровне. Такое число слоев выбрали неспроста. А логика заключается в следующем:
- Ни внутренний, ни внешний слои не могут иметь дополнений из фибры.
- Для внутренней прослойки это не позволительно в целях гигиены, чтобы фибры не оказались в подаваемой воде.
Главной целью при массовом изготовлении данного трубопроката, стало соблюдение стабильной величины КР. И мнение, что линейное расширение такого трубопроката, зависимо только количества фибры, не правильное.
При выполнении практических подсчетов для монтажа этих патрубков и количества компенсаторов для них, рекомендуют брать в учет цифры – 0,05мм/мК.
Некоторые особенности выбора
Широкая популярность армированных товаров, привела к тому, что некоторые изготовители для снижения стоимости производства применяют сырье низкого качества.
Смотреть видео
[sociallocker]
Отличить такой товар по внешнему виду сложно. Стекловолокно может быть разных оттенков, поэтому на цвет ориентироваться не советуют. У продавца нужно спросить сертификат, и он не должен препятствовать покупателю в детальном осмотре продукции.
Только изделия высокого качества соединяются в прочные стыки и характеризуются нужными антикоррозийными показателями.
Современный потребитель при монтаже обогревательной магистрали, отдает свое предпочтение полипропилену, усиленным фиброй. Высокие технические показатели этих видов дают возможность создать сеть любой сложности.
Главное, чтобы трубы были выбраны правильно и подходили к данной ситуации. Если есть какие-то сомненья по этому вопросу, то лучше попросить помощи у специалистов. Иначе работа принесет «плачевный» результат.
К решению вопроса следует подходить продуманно, и тогда сконструированная сеть будет функционировать очень длительный период, и не станет огорчать регулярными поломками.
Но, чтобы в полной мере использовать их самые хорошие качества, необходимо соблюдать советы производителей. И нельзя забывать о предохранении от контакта жидкости с армирующей средней прослойкой, для этого при укладке применяют специальный торцеватель.
Компенсаторы для расширения полипропиленовых труб
Такой значимый недостаток ПП изделий, как деформация от повышенной температуры приводит к тому, что с течением времени заготовки удлиняются и провисают. По этим причинам на магистралях, которые превышают длину в 10 метров, применяют гибкие компенсаторы.
Это приспособление играет очень важную роль. Оно нивелирует температурное расширение в моменты скачков температуры внутри магистрали. Аналогично оно действует и при повышении давления.
Компенсатор стоит не много, и отличается простотой монтажа в трубомагистраль. Его использование повышает надежность и время использования сети.
Виды компенсаторов
Для установки в водопроводной сети существуют такие виды данных устройств:
- Осевые. Эти компенсаторы оснащены крепежными направляющими узлами и служат неподвижной опорой, поэтому их очень легко монтировать.
- Сдвиговые. Эти устройства могут перемещаться в двух направлениях. Они оснащены одно или двухсильфонной гофрой, сделаны из нержавейки и крепятся между собою арматурным соединением.
- Поворотные. Такие устройства помогают устранить линейное увеличение в месте поворота трубомагистрали и закрепляют угол поворота. Используют эти приспособления там, где хотят поменять направление сети на прямой угол.
- Универсальные. Эти устройства оснащены тремя видами рабочего хода. Это угловое, поперечное и осевое направления. Этот механизм наиболее часто применяют для сборки небольшой трубомагистрали, или в условиях, где возникают ограничения по установке сильфонных компенсаторов.
- Фланцевые. Это сильфонные устройства из резины, которые используются для нивелирования ударной волны. Такую волну создает резкое повышение внутреннего рабочего давления. Еще такие механизмы можно использовать, чтобы нивелировать осевые неточности магистрали.
Крепят такие компенсаторы двумя видами: сварным или фланцевым .
Преимущества от использования компенсаторов:
- Устранение вихревого потока и выравнивание рабочего давления в середине полипропиленовых трубопрокатных изделий.
- Обеспечение необходимой герметичности.
- Продление срока эксплуатации трубомагистрали.
Расчеты коэффициента
Расширение полипропиленовых труб отопления зависит от ее вида, об этом написано выше. Чтобы избежать многих неудобств, связанных с этой особенностью ПП материалов, можно для расчетов использовать формулу.
Видео – Компенсатор Козлова
[sociallocker]
Для того, чтобы определить в сантиметрах возможные деформационные изменения трубы, нужно знать точный коэффициент ее расширения, и длину, используемой заготовки. Рабочую температуру при этом приравнивают к показателям комнатной.
Вначале находят разницу показателей температуры, после ее умножают на длину трубопровода, и полученный результат умножают на коэффициент расширения.
Примерный расчет
Если при расчетах коэффициента линейного увеличения вышло 20 мм. Это говорит о том, что при работе отопительной магистрали линейное расширение полипропиленовых труб армированных стекловолокном составит 2 см. И при монтаже такой магистрали это обязательно нужно учесть.
Компенсируют эти лишние сантиметры можно такими способами:
- Выполнять укладку под прямым углом. И с задней части одной стороны рекомендуют оставлять пространство, ведь сооружение во время деформации отклоняется, и создает более острые углы.
- Также добавляют несколько петлеподобных элементов. Они компенсируют недостающее место.
- Монтаж труб П-подобным способом. При этом совмещают недвижимую и скользящую опору, и таким образом снижается линейное расширение.
Зная эти три способа, можно правильно рассчитать пространство, и избрать самый оптимальный способ для данной ситуации.
Если возникают какие-то сомнения в правильности выбора, и в том правильно ли рассчитано температурное расширение полипропиленовых труб, то можно обратиться за помощью к специалистам, и получить грамотный совет.
Перед покупкой есть смысл проконсультироваться с сантехником. От него можно получить рекомендации по выбору и особенностях монтажа изделий. И, находясь в магазине, нужно внимательно осмотреть заготовки на предмет повреждений и трещин. Особое внимание стоит уделить и типу выбранных изделий.
