Выбор труб
В этом разделе будет рассказано о том, какие трубы можно использовать для прокладки отопительных систем. Также следует узнать о материалах, из которых изготавливаются трубы, о технических характеристиках труб и пр.
Стальные трубы.
Стальные трубы весьма популярны во многих европейских странах, а также в России. Впервые стальные трубы были изготовлены в Англии в середине XIX в.
Для изготовления труб для водяного отопления применяется мягкая углеродистая сталь. Выбирают этот материал потому, что он имеет высокую прочность и вместе с тем пластичность. Поэтому стальные трубы можно сгибать, резать, сваривать, клепать и выполнять другие операции. Трубы такого типа имеют высокую теплопроводность, что считается самым хорошим качеством для труб, по которым движется нагретая вода.
При транспортировке холодной воды теплопроводность имеет отрицательный знак, потому что трубы отпотевают, быстро ржавеют и приходят в негодность, разрушая прилегающие к ним строительные конструкции.
Помимо высокой теплопроводности, сталь обладает низким температурным коэффициентом линейного расширения, что является важным фактором при закладке стальных труб в бетон.
Самым важным недостатком стальных труб является низкая коррозионная стойкость. Ржавчина неблагоприятно воздействует не только на стенки труб, но и засоряет воду механическими примесями, отрицательно влияет на качество воды, ухудшает работу запорной арматуры и пр. Для того чтобы повысить коррозионную стойкость данных труб, их покрывают слоем цинка.
В отопительных системах стальные трубы могут работать примерно 30—40 лет. По истечении этого срока трубопровод заменяют целиком.
Еще одним отрицательным фактором стальных труб является их низкая пропускная способность по сравнению с медными или пластиковыми трубами того же диаметра.
Причина заключается в шероховатости внутренних стенок стальных труб, увеличивающих сопротивление движению теплоносителя. А со временем пропускная способность еще больше уменьшается, потому что на стенках труб накапливаются вредные отложения.
Кроме этого, монтаж стальных труб также является далеко не легким делом. Помимо сварки, для соединения труб используются и резьбовые соединения. Оцинкованные трубы вообще нельзя соединять с помощью сварки, потому что на швах сгорает цинковое покрытие, и это место становится весьма уязвимым для коррозии.
Для систем водяного отопления используют следующие типы стальных труб:
– водогазопроводные черные сварные трубы, полученные в результате загиба стального листа с последующей сваркой шва. Такие трубы называются «шовные»;
– электросварные прямошовные трубы;
– бесшовные цельнотянутые трубы.
Стальные трубы имеют разную толщину стенок. Сообразно этому параметру они подразделяются на:
• легкие;
• обыкновенные;
• усиленные.
Диаметр стальных труб варьируется от 8 до 150 мм. Для водяных отопительных систем используются легкие и обыкновенные стальные трубы диаметром 15, 20 и 25 мм.
Медные трубы.
Медные трубы известны человечеству с давнего времени. Первыми их применили египтяне, а к XVII в. медь стала самым популярным материалом для производства труб. После того как появились стальные трубы, медные стали применять не столь широко.
В настоящее время медные трубы используются повсеместно, потому что медь – это превосходный материал для теплопроводов водяного отопления, а также холодного и горячего водоснабжения. Этот материал обладает целым рядом положительных качеств:
– хорошей тепло– и электропроводностью (в 5 раз больше, чем у стали);
– высокой коррозионной стойкостью;
– хорошей устойчивостью к окислению;
– стойкостью к изменению температуры;
– стойкостью к действию ультрафиолета;
– бактерицидной стойкостью;
– высокой пластичностью.
Помимо вышеперечисленного, медные трубы имеют еще одно достоинство: внутренняя поверхность их стенок в 100 раз более гладкая, чем у стальных, и в 4—5 раз, чем у пластиковых труб. В связи с этим пропускная способность медных трубопроводов очень высока. Из-за того что медные трубы обладают высокой коррозионной стойкостью, их пропускная способность не меняется со временем. В некоторых трубах на внутреннюю поверхность стенок методом окисления фосфором наносят дополнительный защитный слой.
Иногда медные трубы покрывают полиэтиленовым или поливинилхлоридным слоем. Это делается не только для улучшения внешнего вида труб, но и для того, чтобы улучшить их свойства. Полимерный слой действует таким образом, что при транспортировке горячей воды по трубам значительно снижаются потери тепла, а при транспортировке холодной воды не образуется конденсат. Помимо этого, полимеры защищают трубы от механических повреждений и снижают уровень шума.
Благодаря тому что медь обладает высокой пластичностью, медные трубы при замерзании в них воды не трескаются, а слегка растягиваются. После оттаивания воды трубы восстанавливаются до первоначального состояния.
В нормальной среде и при благоприятных условиях медные трубы могут служить примерно 50 лет. При этом на них не влияют давление и температура теплоносителя в системе отопления.
Если для монтажа теплопровода используются медные трубы, то необходимо выполнить несколько несложных условий. Прежде всего все материалы в системе отопления должны быть однородными.
Это означает, что все трубы, соединительные элементы и запорно-регулирующая аппаратура должны быть медными. Но это идеальный вариант. А в действительности бывает так, что часть трубопровода – стальная, а подводки выполнены с использованием медных труб. Поэтому на практике, при монтаже трубопроводов, нужно соблюдать следующие правила:
– не ставить стальные оцинкованные трубы после медных (по направлению воды), т. к. цинковый слой будет интенсивно разрушаться;
– не использовать металлический стык меди и нелегированной оцинкованной стали, потому что будет происходить электрохимическая реакция, результатом которой станет усиленная коррозия стали.
Для изготовления труб, используемых для трубопроводов водяного отопления, берется медь высокой чистоты (99,9%), практически без примесей. Такой материал обладает особо высокой коррозионной стойкостью и пластичностью (даже при температуре —100° С). После механической обработки медь становится более прочной, но теряет эластичность. Чтобы вернуть это свойство материалу, медь подвергают отжигу при 600—700° С с последующим охлаждением.
При монтаже отопительных трубопроводов применяются медные трубы двух видов:
– жесткие (неотожженные), имеющие вид прямых отрезков длиной от 3 до 5 м;
– мягкие (отожженные), свернутые в бухты длиной 25 и 50 м.
Жесткие трубы используют при прокладке стояков и магистралей водяного отопления, а мягкие – на других участках теплопровода.
Медные трубы выпускаются диаметром 10—28 мм при толщине стенок в 1 мм и 35—54 мм при толщине стенок в 1,5 мм. Бывают трубы и большего диаметра. Несмотря на то что толщина стенок у медных труб невысока, они могут выдерживать давление более сильное, чем стальные трубы.
Полимерные трубы.
Первые полимерные трубы появились примерно в начале 50-х гг. ХХ в. в Европе, США и Японии. Сразу же после своего появления эти трубы стали популярными благодаря своему превосходству над всеми металлическими трубами.
За прошедшие годы полимерные трубы заняли свое место практически во всех отраслях промышленности. С начала 70-х гг. они применяются при монтаже систем водоснабжения и канализации.
В Советском Союзе тоже производились полимерные трубы, но их количество не превышало 5% от производства стальных труб. Такое положение вещей объяснялось низким качеством отечественных полимеров, а следовательно, и полимерных труб.
В настоящее время полимерные трубы – это главный конкурент металлических труб. В скандинавских странах, а также в Германии практически все водо-и газопроводные системы выполнены из полимерных труб. В нашей стране также имеется тенденция к росту применения пластиковых труб.
Самым важным недостатком полимерных труб является износ. С течением времени трубы теряют прочность и эластичность, трескаются и разрушаются. Скорость износа такого рода труб напрямую зависит от температуры транспортируемой жидкости, а также от давления в системе. Вредное воздействие на полимерные трубы оказывают ультрафиолетовые лучи. Ремонту такие трубы не подлежат, их заменяют целиком.
Помимо этого, к недостаткам пластиковых труб можно отнести:
• уменьшение уровня прочности при повышении температуры;
• высокую горючесть;
• большой коэффициент линейного расширения. Для изготовления водогазопроводных пластиковых
труб используются только термостойкие полимеры, которые при повышении температуры становятся вязкими, а остывая, отвердевают. К таким полимерам относятся:
• полиэтилен;
• полипропилен;
• поливинилхлорид;
• полибутилен.
Пластиковые трубы производят способом выдавливания, используя при этом обогреваемый шнек. Такие трубы имеют маркировку, которая содержит следующую информацию:
– вид полимера (РЕ, РР, PVC, РВ и пр.);
– наружный диаметр трубы;
– номинальное давление PN (в барах);
– наименование производителя;
– стандарт, по которому изготовлена труба;
– дата изготовления;
– номер партии.
Если на трубе нет маркировки, то приобретать такую трубу не следует, потому что ее качество и срок службы вызывают сомнение.
Полиэтиленовые трубы.
Сегодня полиэтилен – самый распространенный материал при производстве труб для холодной воды.
Полиэтиленовые трубы для холодного водоснабжения и канализации зданий в 1—2 этажа выпускаются двух видов:
– трубы ПНД (из полиэтилена низкого давления и высокой плотности), рассчитанные на напряжение в стенках трубы не более 5 МПа;
– трубы ПВД (из полиэтилена высокого давления и низкой плотности), рассчитанные на напряжение в стенках трубы не более 2,5 МПа.
Согласно ГОСТу 18599—83, полиэтиленовые трубы должны иметь наружный диаметр, равный 10—1200 мм для ПВД и 10—160 мм для ПНД.
Из полиэтилена также изготавливают газопроводные трубы, рассчитанные на рабочее давление до 0,6 МПа (согласно ГОСТу Р 50838—95), а также трубы для газопроводов, по которым транспортируется природный газ и газовоздушная смесь, в которой отсутствуют ароматические и хлорированные углеводороды (согласно ГОСТу 5542—87).
В 80-е гг. ХХ в. специалистами был придуман способ улучшения физико-технических параметров полиэтилена. Для этого использовали молекулярно-сшитый полиэтилен, отличающийся повышенной стойкостью к высоким и низким температурам, ультрафиолетовым лучам и механическим нагрузкам, но сохраняющий при этом гибкость. Трубы, изготовленные из такого полиэтилена, не теряли своей прочности при повышении температуры до 95° С. Это дало возможность применять их для прокладки не только холодного, но и горячего водоснабжения, а также отопления.
Полиэтилен сшивают тремя способами:
– пероксидным – с использованием соляного раствора при температуре 200° С.
– силановым – с пароводяным процессом образования молекулярных связей.
– радиационным – с использованием b-излучений.
Сегодня водогазопроводные трубы из сшитого полиэтилена составляют примерно 50% всех пластиковых труб, применяемых для напольного и радиаторного отопления. Диаметр таких труб не превышает 32 мм, что объясняется дороговизной труб большого диаметра. В маркировке труб из этого материала присутствуют буквы «РЕ-Х» или «РЕХ», где «Х» – указание на то, что полимер является сшитым. В маркировке также указывается и способ сшивания полиэтилена:
• РЕХ a – полиэтилен, сшитый пероксидным способом;
• РЕХ b – полиэтилен, сшитый силановым способом;
• РЕХ с – полиэтилен, сшитый радиационным способом.
Имеется еще одна разновидность полиэтилена – линейный полиэтилен LPE, который производится под торговой маркой «Dowiex». Из этого материала изготавливают термостойкие трубы LPE, которые бывают двух видов:
– с номинальным давлением PN 12,5 и PN 20 (с антидиффузным защитным слоем этиленвинилового спирта – EVON, уменьшающего кислородопроницаемость полимера) для радиаторного и подпольного отопления;
– с номинальным давлением PN 20 (без антидиффузной защиты) для внутреннего горячего и холодного водоснабжения.
Трубы LPE с номинальным давлением PN 12,5 выпускаются с диаметром 12 х 2, 14 х 2 и 18 х 2 мм. Трубы LPE с номинальным давлением PN 20 (с антидиффузной защитой) изготавливаются диаметром 25 х 3,5 мм. Трубы LPE с номинальным давлением PN 20 (без антидиффузной защиты) бывают диаметром 18 х 2,5 и23х 3,5 мм.
В нашей стране серийно не выпускаются трубы из молекулярно-сшитого полиэтилена, но в небольшом количестве производятся трубы из изопласта, запатентованного английской компанией «Micropol».
Изопласт – это поперечно сшитый полиэтилен PEX b, изготавливаемый по методу крафтсополимеризации органосиланов к полиэтилену. Такого рода полиэтилен обладает высокой плотностью – 0,950 г/см3. Помимо этого, он имеет некоторые особенности:
• высокую термостойкость;
• высокую устойчивость к давлению (в трубах PN 20 давление разрыва достигает 90 атм при температуре 20° С);
• высокую стойкость к механическим повреждениям;
• низкую кислородопроницаемость.
Изопластовые трубы бывают семи диаметров и двух классов прочности для каждого диаметра. Номинальное давление составляет 12,5—20 атм (при температуре 20° С), допустимое давление – 5,4—8,6 атм (при температуре 95° С). Изопластовые трубы поступают в продажу в бухтах длиной по 50, 100 и 200 м.
Такого рода трубы применяют для прокладки сетей горячего и холодного водоснабжения, а также для высокотемпературных отопительных систем.
Полипропиленовые трубы.
По своим качествам полипропиленовые трубы напоминают трубы из молекулярно-сшитого полиэтилена. Отличаются они более высокой жесткостью, которая затрудняет монтаж этих труб, т. к. требуется намного больше времени и соединительных элементов. Но имеются у полипропилена и положительные свойства. К примеру, его можно сваривать, что ощутимо экономит время и деньги. Но для сварки полипропилена требуется квалифицированный монтажник.
Полипропиленовые трубы изготавливаются в виде прямых отрезков определенной длины. Это не всегда удобно, потому что после прокладки трубопровода, как правило, остается много обрезков, которые нигде не применяются.
Для внутриквартирных трубопроводов горячего и холодного водоснабжения используют трубы, изготовленные из теплостойкого полипропилена типа 3. Он представляет собой сополимер пропилена с этиленом. Тип 1 – гополимер, используемый для прокладки внутренних канализационных сетей.
Полипропиленовые трубы нельзя применять для напольного отопления и высокотемпературных систем отопления.
Поливинилхлоридные трубы.
Поскольку трубы из поливинилхлорида устойчивы к воздействию ультрафиолетовых лучей, их повсеместно используют для прокладки открытых водосточных систем.
Применяют такого рода трубы и в устройстве технологических трубопроводов, т. к. они негорючи, имеют пониженный коэффициент линейного теплового расширения, обладают повышенной химической стойкостью и т. д.
Трубы, изготовленные из простого поливинилхлорида, рассчитаны на температуру до 45° С, а из хлорированного поливинилхлорида – до 95° С.
Из таких труб нельзя выполнять трубопровод горячего водоснабжения, потому что в составе полимера имеются вредные для организма человека вещества.
Полибутиленовые трубы.
По своим техническим характеристикам полибутиленовые трубы аналогичны трубам из сшитого полиэтилена, но имеют более высокую теплостойкость. Они рассчитаны на температуру в 70° С и могут прослужить в таких условиях 50 лет. Максимальная температура, которую могут выдержать полибутиленовые трубы, составляет 95° С.
Эти трубы имеют хорошую эластичность, теплостойкость и устойчивость к ультрафиолету. Толщина стенок у них значительно меньше, чем у других полимерных труб.
Полибутиленовые трубы можно использовать при прокладке систем отопления и горячего водоснабжения. Чаще всего их применяют в Англии и Германии. Причина популярности этих труб заключается в том, что при их соединении можно использовать низкотемпературную сварку, которая снижает экономические затраты при монтаже. Но тем не менее в 2000 г. выпуск такого рода труб был прекращен.
Металлополимерные трубы.
Еще в 70-е гг. ХХ в. в продаже появились новые пластиковые трубы, которые имели название «Super Pipe» – «супертрубы». Они представляли собой многослойные изделия, состоящие из алюминиевой фольги, облитой с двух сторон полиэтиленом. Трубы могли выдерживать температуру 95° С и давление до 1 МПа. В то время им не было равных.
Супертрубы, или металлополимерные трубы (МПТ), – это изделие из композиционного материала, имеющего великолепные свойства, отличающиеся от свойств образующих его составляющих. Их стали использовать при прокладке систем водоснабжения и отопления.
МПТ соединили в себе достоинства двух материалов – полимера (как правило, молекулярно-сшитый полиэтилен) и металла. От пластиковых труб металло-полимерные взяли следующие свойства:
• пластичность;
• коррозионную стойкость;
• химическую стойкость;
• устойчивость к агрессивным средам;
• высокую пропускную способность благодаря гладким внутренним стенкам;
• долговечность;
• малый вес.
Металлический слой обеспечил МПТ способность выдерживать высокое давление и температуру теплоносителя, а также газонепроницаемость, что является важным свойством для отопительных систем. Хотя металлический слой увеличивает прочность на разрыв у металлополимерных труб в 1,5—1,7 раз, при резких перепадах давления и температур эта прочность резко уменьшается из-за того, что полимер и металл имеют разные коэффициенты линейного расширения. Поэтому при перепадах МПТ расслаиваются.
Поскольку металлополимерные трубы обладают низким коэффициентом линейного теплового расширения, аналогичным медному, это позволяет соединять их со стальными трубами и металлическими приборами.
Чаще всего металлополимерные трубы армированы алюминием. Они представляют собой изделие, состоящее из 5 слоев:
– трубы, изготовленной из молекулярно-сшитого полиэтилена, с толщиной стенок до 0,8 мм;
– первой клеевой прослойки;
– свернутой и сваренной лазером алюминиевой фольги толщиной 0,4 мм;
– второй клеевой прослойки;
– защитной оболочки из несшитого полиэтилена толщиной 0,8 мм.
На некоторые трубы наносится дополнительный защитный антидиффузный слой из этиленвинилового спирта (EVON) толщиной 0,2—0,25 мм.
Металлополимерные трубы выпускаются двух типов:
– в трубах первого типа алюминиевая фольга расположена между одинаковыми по толщине слоями полимера. Такие трубы не рассчитаны на низкие температуры окружающей среды: при замерзании теплоносителя они разрушаются. Маркировка таких труб выглядит так: «PEX-Al-PEX»;
– в трубах второго типа алюминиевая фольга располагается между разными по толщине полимерными слоями, при этом наружный слой полимера довольно тонкий и осуществляет защитную функцию. Слои скрепляются с помощью клеевой прослойки или посредством полимера, затекающего в щели алюминиевой фольги.
Рис. 46. Металлополимерная труба: 1 – полиэтилен; 2 – клей для плотного соединения пластика и металла; 3 – алюминиевая фольга, сваренная внахлестку
Способ соединения алюминиевой фольги также оказывает влияние на физико-механические и технические качества металлополимерных труб. Фольга соединяется двумя способами – внахлест и стык в стык.
МПТ изготавливаются и поступают в продажу бухтами диаметром 12—16 мм и длиной 2 м. Бывают трубы и большего диаметра – до 110 мм, что дает возможность использовать их в стояках и магистралях.
Минимально допустимая степень сшивания полиэтиленового слоя, согласно зарубежному стандарту DIN 16892, составляет:
• для PEX a – 75%;
• для PEX b – 65%;
• для PEX c – 60%.
Металлополимерные трубы, имеющиеся на российском рынке, в основном изготовлены за рубежом.
Асбестоцементные трубы.
Такие трубы очень популярны в странах Западной Европы и США. Там их используют для прокладки канализационных, вентиляционных и водопроводных сетей.
Появились эти трубы в начале ХХ в. Они представляют собой изделие, состоящее из бетона и асбеста, который по своему химическому составу близок к бетону, а по механическому – к стали. Благодаря этому трубы, изготовленные из асбестоцемента, имеют высокую прочность, стойкость к коррозии, невысокий уровень теплопроводности (поэтому вода в них практически не замерзает).
Самым удивительным свойством асбестоцемента является то, что при контакте с горячей водой он не только не разрушается, а наоборот, становится только прочней.
Асбестоцементные трубы бывают двух видов:
– ненапорные, используемые для стоков, вентиляции и канализации, а также для прокладки кабеля;
– напорные (усиленные) – для водогазопроводных систем.
В России асбестоцементные трубы изготавливаются диаметром 100—500 мм и длиной до 5 м.
Асбестоцементные трубы нельзя использовать для отвода дымовых газов от печей и каминов, а также прокладывать в зоне действия огня, потому что при воздействии высокой температуры трубы разрушаются.
