Полимерные трубы в системах теплоснабжения и водоснабжения

Сегодня полимерные и композитные трубы на основе полимерных материалов получили широкое распространение не только в системах водоснабжения, но и отопления.  В частности, в теплопроводах применяются полимерные материалы, относящиеся к классу термопластов (ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления»): рандом сополимер пропилена (PP-R, PP-PCT), сшитый и термостойкий полиэтилен (РЕ-Ха, b, c – последняя литера характеризует тип применявшейся при производстве сшивки – и PE-RT, типы I и II), полибутен (PB), хлорированный поливинилхлорид (PVC-C тип II).

Трубы на основе полимерных материалов часто заменяют при проектировании и реализации строительных объектов стальные трубы и прежде всего на внутренних сетях (рис. 1, 2).

Рис. 1 Полимерные трубы на внутренних сетях

Рис. 2 Полимерная труба в системе отопления

При нагревании выше определенной температуры перечисленные выше полимерные материалы сохраняют способность перехода в вязкотекучее состояние. Однако применение труб из полимерных материалов позволяет эксплуатировать разводящие тепловые сети из труб небольшого диаметра 30–50 лет (табл. 1), при температурах до 95 °C и давлениях 0,4; 0,6 и 1,0 Мпа (СП 60.13330-2012). Технические требования к таким трубам регламентированы в ГОСТ Р 52134-2003, ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия» и ГОСТ Р 53630-2015 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления. Общие технические условия».

Таблица 1. Температурно-временные режимы работы трубопроводов горячего водоснабжения и отопления

Обозначения:

Т_раб – рабочая температура или комбинация температур транспортируемой воды, определяемая областью применения, °С;

Т_макс – максимальная рабочая температура, действие которой ограничено по времени, °С;

Т_авар – температура, возникающая в аварийных ситуациях при нарушении систем регулирования, °С.

*Примечание: Класс эксплуатации 3 в настоящее время не применяется. При необходимости используются трубы пригодные для классов 1 или 4.

Для частного домостроение максимальные рабочие параметры не так важны, так как максимальные рабочие давления редко превышают 0,2-0,3 Мпа, а рабочие температуры 70-80 ºС. Соответственно в таких условиях и ряд ограничений на применение полимерных труб отменяется.

Рис. 3. Конструкция металлопластиковой трубы

Широкой эксплуатации труб из полимерных материалов препятствовала такое их свойство, как высокая кислородопроницаемость. Присутствие растворенного кислорода в составе теплоносителя будет приводить к коррозии стальных стенок отопительных приборов и теплообменников котельного оборудования, контактирующих с ним. Причем это будет иметь место и в закрытых системах отопления. Для предупреждения этого нежелательного процесса применяются композитным многослойные трубы, включающие кроме полимерных слоев, еще и слой кислородного барьера, выполняемый из алюминия ((металлополимерные PE-X–Al–PE-X, рис. 3), или этиленвинилового спирта (EVOH, рис. 4), например, PE-X–EVOH–PE-X.

Рис. 4 Конструкция многослойной полимерной трубы с антидиффузным слоем из EVOH

Предпочтение в сетях теплоснабжения отдается металлопластиковым трубам из сшитого полиэтилена или полипропилена в комбинации с антидифузионным и одновременно каркасным слоем из алюминия. Кроме кислородоизолирующей функции слой алюминия препятствует избыточному тепловому расширению металлополимерных труб, из-за которого обычные Pe-X и PP-R трубы «провисают» в трубопроводах систем отопления. Линейное тепловое расширение полимерных труб составляет, мм/(м·°C): для PB – 0,13; PVC-C – 0,07; PE-X – 0,2; PE-RT –0,2; PP-R – 0,15. Алюминевый слой в составе металлополимерных (МП) труб уменьшает линейное тепловое расширение до – 0,025–0,030 мм/(м·°C), поэтому для них нет необходимости в установке компенсаторов линейного теплового расширения. Трубы из PP-R, PVC-C и PVC-U относятся к жестким и используются для периметрального монтажа, аналогично стальным.

Особенности полимерных труб и области применения

Для развитых горизонтальных разводок наиболее часто применяются трубы из сшитого полиэтилена PE-X на основе аксиального способа соединения (рис. 5). Эти трубы обладают соответствующими требованиям механическими свойствами и не боятся точечных нагрузок. Сшитый полиэтилен и композитные конструкции на его основе – одни из наиболее распространенных материалов для труб, используемых при транспортировке жидких теплоносителей.

Рис. 5 Лучевая разводка с применением полимерных труб

Трубы из сшитого полиэтилена применяются как без кислородного барьера (противодиффузионная прослойка), так и с такой защитным слоем. Большинство трубных систем из РЕ-Х может выдерживать температурный режим эксплуатации по классу 5 (табл. 2). Выпускаются также трубы только для ХВ и ГВС. Это отражается в их маркировке.

Таблица. 2. Рекомендуемые полимерные материалы для классов эксплуатации труб и фитингов

Большинство трубных систем из РЕ-Х может выдерживать температурный режим эксплуатации по классу 5. Выпускаются также трубы только для ХВ и ГВС. Обычно это отражается в их маркировке.

Теплостойкие трубы из сополимера этилена с октеном PE-RT и металлополимерные трубы на их основе также находят применения в системах как водоснабжения, так и отопления. Преимуществом данного материала является возможность экструзии труб без дополнительной сшивки и выполнение сварных соединений. В системах холодного водоснабжения и ГВС такие трубы применяются без антидиффузного барьера, а на внутренних сетях систем отопления с антидифузным слоем, выполненным из алюминия или EVOH.

Труба из сополимера полипропилена с этиленом (PP-R – random copolimer) применяются в инженерных сетях с конца прошлого века. Этот материал характеризуется высокой стойкостью по отношению к воздействию горячей воды, поэтому успешно применяется как в системах холодного водоснабжения, так и ГВС (СП 40-101-96 «Проектирование и монтаж трубопроводов из полипропилена «Рандом сополимер»).

К преимуществам материала относится и возможность применение сварки для соединения труб и деталей. При этом детали для раструбной сварки существенно дешевле механических штуцерных. Их распространению способствует и удобство монтажа в квартирах небольшой площади с возможностью повторения трассировки трубопроводов традиционной для стальных труб. Это важно, в частности, при модернизации систем отопления старых зданий.

В системах отопления в ГВС согласно ГОСТу могут применятся трубопроводы из полибутена для классов эксплуатации 1–5. Материал отличается высокой устойчивостью к растрескиванию под напряжением, низкой ползучестью при длительных механических нагрузках, высокой износо- термостойкостью и стойкостью к воздействию ультрафиолетового излучения. В трубах, используемых для отопления, предусматривается противодиффузионный слой из EVOH.

Трубопроводы из PVC-C рекомендуются для транспортировки воды в системах ГВС и теплоносителя в системах отопления. Трубы, выполненные из этого материала, соответствуют классам эксплуатации 1–5. Трубопроводы из характеризуются высокой прочностью и самым низким коэффициентом линейного теплового расширения среди полимерных труб – 0,066 мм/м °С. Важная особенность таких трубопроводов – клеевая технология монтажа. Кроме того, эти трубы (единственные из полимерных) имеют группу горючести Г 1 (не горят, не плавятся, не образуют горящих капель, температура воспламенения – 482 °С, кислородный индекс – 60 %). Высокая огнестойкость труб PVC-C позволяет использовать их в спринклерных системах пожаротушения.

Особенности соединения

Сшитый полиэтилен, как правило, не сваривается и не склеивается, поэтому соединение труб между собой и арматурой осуществляется механическими штуцерными фитингами с обжимом трубы на штуцере цангой с накидной гайкой, надвижной или опрессовочной муфтами (пресс-фитинг) аналогично трубам небольшого диаметра из PB и PE-RT (рис. 6).  Последние два типа соединений более дешевые и применяются при больших объемах монтажа. Трубы из PP-R, PB и PE-RT также сваривают в раструб литыми соединительными деталями, а с d > 50 мм и толщине стенки не менее 5 мм – в стык, из PVC-C и PVC-U – склеивают с помощью раструбных соединительных деталей.     

Рис. 6 Способы соединения труб из сшитого полиэтилена

Полибутеновые трубы свариваются в раструб, но обычно при лучевом монтаже длинномерных труб применяются механические штуцерные соединения с накидной гайкой или прессованные надвижные муфты.