Кислородный барьер в трубах. Миф или нужная опция?

Диффузия кислорода в полимерных трубах

Запись дневника создана пользователем evraz, 28.09.13
Просмотров: 12.036, Комментариев: 11

Кислородопроиницаемость однослойных и многослойных полимерных труб PEX, PPR, PEX-EVON, PPR-FG-PPR, PERT-AL-PERT, PPR-AL-PPR

Выдержки:
“.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (Рис.2), вентилях (Рис.3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы:

Рис. 2. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультмикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом

.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПАНЕЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ)

До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но в конце 2011 года авторитетная шведская лаборатория EXOVA (ранее Bodycote Polymer) завершила 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном отоплении). Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 4.

Рис. 4. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, 2011)

В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PEX, PPR, PPR-FG-PPR, PP-GF-PP, PPR-GF) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов, в результате стенки трубы заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система со временем выходит их строя, теряя свою пропускную способность.

. Для того, что бы подорожавшая система отопления и водоснабжения не стала постоянной головной болью при выборе труб, будет необходимо учитывать все факторы влияющие на надежность системы: термостойкость, термостабильность, кислородопроницаемость, и разумеется, репутацию производителя. “

Дополнено
Еще одна статья, выдержки

“. Данный результат еще раз подтверждает ошибочность распространенного утверждения: «Трубы малых диаметров не обязательно армировать или защищать теплоноситель от попадания в него кислорода, так как потоком кислорода сквозь стенку таких труб можно пренебречь». Сторонники этой точки зрения призывают не армировать алюминием и не покрывать слоем AVOH (антидиффузионный слой для труб PEX) и PPR трубы малого диаметра. Однако именно такие трубы, стоят, например, перед стальными панельными радиаторами (толщина стальной стенки – 1,2 мм).Поэтому армировать алюминием трубы малого и большого диаметра для систем отопления необходимо.Причем для труб малого диаметра это правило более важно, чем для труб большого диаметра, где необходим расчет и привязка к конкретной схеме применения.
Например, при D=2х10-11 м2/с (кислородопроницаемость полипропилена) и ∆сО2 MAX = 270 г/м3 (ориентировочное содержание кослорода в атмосфере)
Q/V=1,9٠10-8/DN2 (г/с٠м3) или 1,6٠10-3/DN2 (г/сутки٠м3)
для DN20мм, получим в сутки 4 г/м3 кислорода – иначе говоря, возможно образование 30 г ржавчины. В одном метре трубы DN20 PN20 (SDR=6) содержится 2,2х10-4 м3; соответственно, через этот погонный метр трубы в теплоноситель пройдет по максимуму 8,8х10-4 г/сут. кислорода.
Например, если система отопления выполнена из полипропиленовой трубы PN20 (неармированной или армированной стекловолокном), объем системы отопления 100 л, имеются настенный котел с алюминиево-медным теплообменником и температурой нагрева 80 С° и стальные панельные радиаторы, а емкость труб равна 50 л, то в сутки для типового набора труб разного диаметра с SDR=6 пройдет в теплоноситель около 0,1 г кислорода; в пересчете на в год это составляет 37 г кислорода, или 250 г ржавчины, полученной в стальных панельных радиаторах (которые, весьма вероятно, потекут через год или два эксплуатации).
В задачи данной статьи не входит точный количественный анализ кислородопроницаемости, однако приведенный пример позволяет разрешить часто задаваемый вопрос: «Сколько кислорода пропускает пластиковая труба? Много это или мало?» Думается, нами был дан вполне конкретный ответ. В заключение заметим, что на эту тему написано немало содержательных работ, но выводы читателей или компаний, поставляющих подобную продукцию на рынок, не всегда соответствуют проведенному в этих статьях анализу. “

Тепло, вода и полимерные трубы

Сантехнический мир в деталях

Подписаться на этот блог

Follow by Email

Поиск по этому блогу

Как победить кислородную диффузию

Насыщенная газами система отопления работает плохо. Долговечность ее элементов резко уменьшается. При наличии воздуха в воде появляются процессы коррозии, кавитации. Могут образовываться шумы и воздушные пробки. Это затрудняет циркуляцию носителя тепла.

Рис.1. Слева и в центре – последствия от процесса коррозии, справа – от кавитации

Рис. 2. 1 – кран Маевского; 2 – автоматический воздухоотводчик; 3 – деаэратор

Рис. 3. Различные типы полимерных труб: 1 – PEX; 2 – PPR; 3- PERT; 4 – PVC

Рис.4. Полипропиленовые трубы. Слева – армированная цельным слоем алюминия. Справа – с перфорированным

  • Получить ссылку
  • Facebook
  • Twitter
  • Pinterest
  • Электронная почта
  • Другие приложения

Ярлыки

  • Получить ссылку
  • Facebook
  • Twitter
  • Pinterest
  • Электронная почта
  • Другие приложения

Комментарии

Отправить комментарий

Популярные сообщения из этого блога

Маркировка шаровых кранов

  • Получить ссылку
  • Facebook
  • Twitter
  • Pinterest
  • Электронная почта
  • Другие приложения

Обзор насосно-смесительных узлов для “теплого пола”

В первую очередь «теплый пол» у нас ассоциируется с трубами, подложкой и коллекторами. О насосно-смесительных узлах вспоминают не всегда. Кто-то из-за непонимания как настроить, куда поставить, и главное зачем? Кто-то из-за дороговизны. А ведь этот узел – основа панельного обогрева. Давайте посмотрим на варианты узлов, которые есть на рынке Украины.

Функциональность
Отопление в полу – это вид низкотемпературной системы. По ряду причин, в трубопроводы теплоноситель необходимо подавать с температурой ниже 55°С. В нашей стране «теплый полы» зачастую комбинируются с радиаторным отоплением. Последнее работает с теплоносителем с высокой температурой (выше 55°С). Именно здесь и находит себе применение насосно-смесительный узел (НСУ). Он производит снижение температуры теплоносителя до расчетного значения для напольного отопления. Путем смешивания двух потоков – горячего (от основной магистрали системы отопления) и охлажденного (чаще от обратной магистрали после прохождения петель «теплого пола…

  • Получить ссылку
  • Facebook
  • Twitter
  • Pinterest
  • Электронная почта
  • Другие приложения

Фольга под теплый пол. Нужна или нет?

Каждый человек, кто сталкивался с темой теплых полов, знает, что его надо «утеплять». В качестве теплоизоляции зачастую используют пенополистирол с фольгой. И вот вопрос, зачем она нужна? И нужна ли вообще?

Сразу же хочу развеять один миф, что фольга отражает тепло. И оно распределяется только в нужном обогреваемом помещении. Это неправда!
Поясню. В отоплении существует 3 основных вида теплопередачи – конвекция, теплопроводность и излучение. Последний способ может работать только лишь в прозрачной среде. А так как между фольгой и бетоном нет прослойки воздуха, то отражать (излучать) тепло она не может.
Но вот отдавать тепло за счет теплопроводности – да. Так как коэффициент теплопроводности у бетона намного ниже, чем у алюминиевой фольги, то последняя способствует быстрому прогреву и равномерному распределению тепла по площади помещения. Чтобы достигнуть такого эффекта, необходимо применять алюминиевую фольгу толщиной более 50 мкм.
Но с большей доли вероятности такая пленка не сможет …

  • Получить ссылку
  • Facebook
  • Twitter
  • Pinterest
  • Электронная почта
  • Другие приложения

Маркировка пластиковых труб. Трубы на основе полиэтилена

Полимеры быстро вошли в нашу жизнь. В любой области жизни Вы найдете множество изделий из пластика. Инженерные системы не есть исключением. Для систем отопления и водоснабжения выпускается много разновидностей пластиковых труб, фитингов и других продуктов.
Одной большой категорией есть трубы на основе полиэтилена для отопления. На рынке присутствует много производителей, брендов и типов. Для многих людей трудно разобраться кто же лучше и какая между ними разница. Одним из простых способов – это прочитать что на них написано. Ранее я уже писал о маркировке шаровых кранов и полипропиленовыхфитингов. В этой статье я покажу Вам что означает маркировка труб на основе полиэтилена.

Все надписи на трубах PEX, PERTили металлопластиковых можно разделить на категории. Здесь все ясно. Основных больше десяти. Итак, начнем.
1. Название производителя/бренда Здесь все ясно. Зачастую название выделяют более жирным шрифтом или наносят логотипы. Иногда просто отделяют знаками (см. рис.2).

Кислородный барьер в трубах. Миф или нужная опция?

Рис.1. Сравнительные показатели температурного удлинения и кислородопроницаемости (газопроницаемости)

Как видно из Таб1 и Рис.1 все однослойные трубы имеют самую высокую степень кислородопроницаемости.

Абсолютной кислородонепроницаемостью обладают только металлополимерные трубы PERT-Al-PERT, PPR-Al-PPR.

В многослойных трубах с барьерным слоем из этилен-винилового спирта PEX-EVOH-PE показатель диффузии кислорода имеет сравнительно невысокое значение, но показатель температурного расширения соответствует однослойным трубам.

В настоящий момент только многослойные трубы PERT-Al-PERT и PEX-EVOH-PE соответствует ГОСТ Р 53603-2009 “Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления“.

Модная новинка – полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPR-FG/PPR (PPR-GF-PPR) приблизилась по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.

Теперь разобравшись с показателями кислородопроницаемости наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода. Для высокотемпературных и низкотемпературных систем отопления последствия кислородопроницаемости различные.

Читайте также:  Какой полипропилен лучше? Секреты выбора трубы для дома

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ

Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (Рис.2), вентилях (Рис.3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы:

Рис.2. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультмикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом.

Рис.3. Разрушение вентиля в результате насыщения теплоносителя кислородом.

Процессы кавитации несколько усиливается образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.

Высокая кислородопроницаемость полимерных труб может привести к разрушению металлических узлов в довольно короткие сроки: 3-5 лет.

Благодаря достижениям производителей полимеров современные полимерный трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз.

Трубы с высокой диффузией кислорода, применение которых недопустимо в высокотемпературных замкнутых системах отопления

  • PEX (Однослойные трубы из сшитого полиэтилена)
  • PPR (Однослойные трубы из полипропилена)
  • PPR-FG-PPR (Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR-GF-PPR, PPR-GF)

ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПАНЕЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ)

До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но в конце 2011 года авторитетная шведская лаборатория EXOVA (ранее Bodycote Polymer) завершила 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном отоплении). Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 4.

Рис.4. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, 2011)

В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PEX, PPR, PPR-FG-PPR) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов, в результате стенки трубы заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система со временем выходит их строя, теряя свою пропускную способность.

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ С УЧЕТОМ ИХ КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ (ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ)

Термостойкость современных трубных полимеров уже давно достигла необходимого для систем отопления и горячего водоснабжения уровня 90. 95 С. При этом долговечность большинства современных полимерных труб перешагнула 50 летный уровень, а у труб из PE-RT полиэтилена и 100 летний.

Благодаря композитным конструкциям с армированием алюминием или стекловолокном удалось достичь высокой термической стабильности труб, тем самым отпала необходимость установки температурных компенсаторов в системах отопления и горячего водоснабжения, что в свою очередь снизило затраты на прокладку трубопроводов.

Таким образом основным критерием выбора типа полимерных труб для различных систем отопления и водоснабжения становится их кислородопроницаемость, Рис.5.

Рис.5. Области применения полимерных труб с учетом диффузии кислорода и термической стабильности

Безусловно, проблемы диффузии кислорода характерны для замкнутых систем отопления. В системах водоснабжения требования к трубопроводам значительно ниже.

Холодное водоснабжение: Применяются практически все известные типы однослойных и многослойных труб в том числе ПНД трубы.

Горячее водоснабжение: В Российской практике применяют самые разнообразные трубы, но с учетом требований к термической стабильности, предпочтительны многослойные трубопроводы: металлопластиковые на основе полиэтилена и полипропилена (PE-RT-Al-PERT, PPR-Al-PPR), или полипропиленовые трубы армированные стекловолокном (PPR-FG-PPR, PPR-GF).

Высокотемпературные замкнутые системы отопления: К сожалению, в Российской практике умудряются использовать самые различные трубопроводы. Однако, надежность системы могут обеспечить только термически стабильные кислородонепроницаемые трубы: металлопластиковые PERT-AL-PERT и металлопластиковые трубы PPR-Al-PPR (чаще их называют полипропиленовые трубы армированные алюминием, например PPR-Al-PPR OXY-Plus).

Причем, применение требующих зачистки наружного слоя полипропиленовые трубы армированные перфорированной алюминиевой фольгой (PPR-Staby) недопустимо. Алюминиевая фольга в этих трубах не имеет прочного адгезионного соединения со слоями полипропилена, что не обеспечивает необходимой термической стабильности, и приводит к быстрому расслоению и вздутию трубы. Дырчатая перфорация фольги труб PPR-Staby, призванная обеспечить сцепление наружного и внутреннего слоя полипропилена, является источником диффузии кислорода.

Низкотемпературные замкнутые системы отопления: Низкотемпературные системы наиболее развивающийся и самый перспективный сегмент потребления полимерных труб. Именно в виде низкотемпературных систем реализуются современные энергоэффективные системы отопления и кондиционирования: это теплые полы, панельное отопление и кондиционирования, системы использования геотермального тепла, теплообменники тепловых насосов. Долговечность низкотемпературных систем могут обеспечить только трубы с низкой диффузией кислорода : металлопластиковые трубы PERT-Al-PERT и многослойные трубы с барьерным слоем, например, PEX-EVOH-PE.

В настоящее время металлопластиковые трубы в этой области наиболее предпочтительны – кроме абсолютной кислородопроницаемости, алюминиевый слой обеспечивает им дополнительное преимущество – они обладаю “памятью” формы, т.е. не разгибаются после изгиба. Однослойные трубы и трубы с полимерным барьерным слоем форму не держат, и это создает определенные трудности при монтаже.

Стоит обратить внимание, что в низкотемпературных системах используются гибкие трубы, т.к. по сути, эти системы представляют собой теплообменные змеевики. Поэтому жесткие кислородонепроницаемые полипропиленовые трубы PPR-Al-PPR в низкотемпературных системах не применяются. Трубы выполнение в размерном ряду SDR-6 абсолютно не сгибаемы, трубы размерного ряда по ГОСТ Р 53603-2009 трудносгибаемы. Кстати, переход европейских стран на энергосберегающие низкотемпературные системы отопления и кондиционирования сильно сократил в последние годы потребление полипропиленовых труб в Европе. ( Подробнее. )

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ

На рынке бытует мнение, что двигателем развития полимерных труб является многоэтажное строительство, однако это не совсем верно. в 2011 году 43% всего нового жилищного строительства РФ составляло малоэтажное строительство, в южных регионах доля малоэтажного строительства превышала 70%. По прогнозам Министерства регионального развития в 2020 году доля малоэтажного строительства превысит 80% всего жилищного строительства. Объем потребления труб малого диаметра (до 110 мм.) в 2020 году превысит 1,3 млрд. метров. (Подробнее. )

Безусловно, кроме технических характеристик перспективность той или иной трубопроводной системы определяется размерами сегментов ее применения. Оценим размеры сегментов на примере строительства типичного коттеджного поселка, Рис.6, 7.

Рис.6. Коттеджный поселок с площадью строений 45 338 кв.м.

Рис.7. Структура протяженности полимерных трубопроводов по назначению в типичном коттеджном поселке

Вышеприведенный рисунок наглядно демонстрирует значимость выбора трубопроводной системы с учетом кислородопроницаемости. 78% полимерных труб в малоэтажном строительстве должны обладать низкой диффузией кислорода. Причем, 50% это гибкие кислородонепроницаемые трубы типа PERT-Al-PERT, 28% кислородонепроницаемые трубы типа PERT-Al-PERT или PPR-Al-PPR OXY Plus, и только 22% трубопроводной системы может быть выполнена или однослойными трубами (PEX, PPR) или полипропиленовыми трубами армированными стекловолокном (PPR-FG-PPR, PPR-GF).

Перераспределение жилищного строительства в пользу малоэтажного строительства переносит проблему энергосбережения из государственной в личную, и поэтому переход на энергоэффективные системы отопления и кондиционирования мы, потребители, будем осуществлять сами. А необходимость этого вполне понятна. Традиционные системы радиаторного отопления неэффективны.

Опыт Европейских стран уже давно осуществляющих переход на энергосберегающие системы показателен, жилые здания в странах со схожими с Россией климатическими условиями потребляют тепла более чем 2 раза меньше чем российские, Рис. 8.

. Рис.8. Потребление тепла жилыми зданиями в странах со сравнивыми климатическими условиями

Для российских потребителей энергосбережение то-же становится крайне актуальн ой проблемой. Согласно официального прогноза Министерства экономического развития РФ на 2012 -2030 г.г. цены на газ в 2020 году вырастут более чем в полтора раза по сравнению с нынешним 2012, а к 2030 году почти в два раза. Электроэнергия подоражает в 2,1 раза в 2020 г. и в 2,78 раза в 2030 г. по сравнению с 2012, Рис. 9.

Рис.9. Рост цен на электроэнергию и газ, в % к 2012 г.

Это можно считать оптимистичным прогнозом. В действительности, вероятно, рост будет значительно выше – обычно министерства занижают неудобные данные.

Энергосбережение может кардинально изменить рынок полимерных труб для систем водоснабжения и отопления. Например, структура применения полимерных труб в вышеприведенном коттеджном поселке, оснащенном энергоэффективными системами напольного отопления и кондиционирования, системами использования геотермального тепла (тепловыми насосами) существенно меняется, Рис.10.

Рис.10. Структура протяженности полимерных трубопроводов по назначению в коттеджном поселке оснащенном энергоэффективными системами панельного отопления и кондиционирования, и системами использования геотермального тепла

Переход на энергосберегающие системы снизит затраты на содержание жилых домов, но обернется для потребителей увеличением первоначальных затрат на строительство. Это в свою очередь, сделает процесс выбора трубопроводной системы более вдумчивым. Для того, что бы подорожавшая система отопления и водоснабжения не стала постоянной головной болью при выборе труб будет необходимо учитывать все факторы влияющие на надежность системы: термостойкость, термостабильность, кислородопроницаемость, и разумеется, репутацию производителя.

Трубопроводы для автономных систем отопления /В.Е.Бухин, к. т. н.

В конце XX в. в России наблюдался настоящий бум в области жилищного строительства и массовый отказ от типовой застройки, что повлекло за собой использование нового для отечественного рынка инженерного оборудования.

А ктуальные сегодня тренды индивидуального малоэтажного жилищного строительства и повышения требований к уровню комфортности, в значительной степени определяемому наличием эффективного тепло- и водоснабжения, потребовали применения коррозионостойких и долговечных трубопроводов: холодного водоснабжения, отопления и ГВС. При этом рассредоточенность объектов малоэтажного строительства и удаленность их от источников теплоснабжения послужили дополнительными стимулами для развития и применения автономных систем отопления.

Читайте также:  Полипропиленовые трубы для водопровода

Термопласты из XX века

В качестве материалов для трубопроводов используется медь (рис. 1), полимеры, оцинкованная (рис. 2) и нержавеющая сталь. Многолетний опыт показал, что стальные трубопроводы подвержены коррозии и срок их эксплуатации меньше нормативных 30-ти лет (рис. 3). А медные и выполненные из нержавеющей стали трубы не только имеют высокую стоимость, но и требуют более высокой квалификации монтажников и затрат на монтаж. Поэтому в последней четверти прошлого века широкое распространение получили трубы из полимерных материалов, существенно более дешевые, простые для выполнения монтажных работ и со сроками эксплуатации 50 и более лет.

Рис. 1. Медные трубопроводы для водоснабжения

Рис. 2. Стальные трубопроводы

Рис. 3. Уменьшение прохода стальных труб при коррозии

Устойчивость к коррозии имеет особенно большое значения для материалов автономных систем теплоснабжения, так как в централизованных системах нормализации питательной воды уделяется большее внимание, в них ниже и удельные затраты на ее проведение. В автономных теплопроводах наибольшее распространение получили полимерные материалы (рис. 4), относящиеся к классу термопластов, нормированные в ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов и соединительные детали к ним для систем водоснабжения и отопления», – полипропилен (PP-R, PP-PCT), сшитый и термостойкий полиэтилен (PE-X и PE-RT, типы I и II), полибутен (PB) и хлорированный поливинилхлорид (PVC-C тип II).

Рис. 4. Трубы из сшитого полиэтилена

Основные параметры, определяющие работоспособность трубопроводов, – это давление и температура транспортируемого теплоносителя. Трубы и соединительные детали из термопластов применяются в системах водо- и теплоснабжения с Рmax =0,4; 0,6; 0,8 и 1,0 МПа и температурно-временными режимами, приведенными в таблице.

Таблица. Классы эксплуатации трубопроводов из термопластов (ГОСТ 32415-2013)

Высокотемпературное напольное отопление

Высокотемпературное отопление отопительными приборами

Примечания: 1. Траб – рабочая температура или комбинация температур транспортируемого теплоносителя, определяемая областью применения; Тmax – максимальная рабочая температура, действие которой ограничено по времени; Тав – аварийная температура, возникающая в аварийных ситуациях при нарушении регулирования. 2. Максимальный сорок службы трубопровода для каждого класса эксплуатации определяется суммарным временем работы при Траб , Тmax , Тав и составляет 50 лет. 3. Минимальная температура воды 10 °С.

Приведенные в таблице температурно-временные параметры обеспечивают расчетную долговечность трубопроводов не менее 50-ти лет. Возникающие при этом напряжения определяются по эталонным графикам длительной прочности (ГОСТ 32415-2013, прил. В), задавая необходимую толщину стенки трубы.

Пропускная способность трубопроводов (внутренний диаметр) определяется гидравлическими расчетами, которые служат основой для выбора внутренних диаметров труб и насосного оборудования. При этом от качества гидравлических расчетов зависит экономичность как самого трубопровода, так и всего комплекса связанных с ним приборов.

Методики таких расчетов отработаны в течение многолетней практики и приведены в соответствующей литературе – например, Добромыслов А.Я. «Таблицы для расчетов напорных и безнапорных трубопроводов из полимерных материалов».

Гладкость полимерных труб

До 1980 г. трубы из полимерных материалов считались гидравлически гладкими и при расчетах шероховатость их стенок не учитывалась. Однако в результате проведенных А.Добромысловым и О.Продоусом исследований было установлено, что такие трубы нельзя считать гидравлически гладкими и коэффициент их шероховатости изменяется в пределах 0,004–0,040 мм.

В 1980 г. Госстрой СССР установил значения расчетных коэффициентов шероховатости для полимерных труб – 0,020 мм (СН 478-80. Инструкция по проектированию и монтажу сетей водоснабжения и канализации из пластмассовых труб), для условно гидравлически гладких труб – 0,0015 мм.

В 1998 г. методика для гидравлического расчета напорных трубопроводов из полимерных материалов была включена в СП 40-102-2000 «Проектирование и монтаж трубопроводных систем водоснабжения и канализации из полимерных материалов».

Кислород и коррозия

Хорошо известно, что в воде, поступающей из источников водоснабжения, помимо связанного кислорода (например, входящего в состав самих молекул воды) присутствует также условно свободный растворенный в ней кислород, попадающий в воду в основном из атмосферного воздуха. Его растворимость зависит как от ее температуры, так и от общего давления. При этом парциальное давление кислорода в составе атмосферного воздуха при стандартных условиях составляет около 0,021 МПа.

Увеличение концентрации кислорода в подпиточной и сетевой воде ускоряет коррозию нагретых металлических поверхностей котлоагрегатов. Это особенно опасно для закрытых систем отопления, в которых теплоноситель (вода) циркулирует по замкнутому контуру и с течением времени происходит постепенный рост концентрации растворенного кислорода в том случае, если продолжают оставаться активированными пути для его проникновения в теплоноситель.

Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов установлены предельно допустимые концентрации кислорода в подпиточной воде для закрытых систем водоснабжения. Так, для последних ее значение не должно быть более 50 мкг/кг, а максимальная кислородопроницаемость стенок труб должна быть не более

10 -4 кг /(м 3 /сут.).

Для защиты циркулирующего теплоносителя от насыщения кислородом и снижения его коррозионной активности в закрытых системах теплоснабжения используют полимерные трубы с противодиффузионным слоем (барьером) из алюминия (Al) или этиленвинилового спирта (EVOH). Такой барьер, являясь в ряде случаев (металлопластиковые трубы со слоем Al ³ 0,2 мм) также армирующим конструктивным элементом, обеспечивает надежную защиту металлических компонентом системы отопления (теплообменников, радиаторов, насосов, арматуры и т.п.) от агрессивного воздействия кислорода.

Многослойные трубы и рынок

Трубы с противодиффузионным барьером относятся к разряду многослойных. Их параметры регламентированы ГОСТ 53630-2009 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления».

На практике широко применяются барьерные трубы из сшитого и теплостойкого полиэтиленов с армирующим слоем из алюминиевой фольги толщиной 0,2–0,4 мм, соединяемой лазерной или электрической сваркой встык или внахлест. Однако следует иметь в виду, что теплостойкий полиэтилен, полибутен и хлорированный поливинилхлорид в РФ не производятся и вряд ли будут производиться в ближайшем будущем. Также нужно отметить, что использование труб с кислородным барьером требуется только для закрытых систем отопления. В открытых системах и трубопроводах горячего и холодного водоснабжения такая защита от проникновения кислорода не актуальна.

Сегодня на отечественном рынке представлены многослойные трубы нескольких модификаций. Так, в качестве прослойки, кроме алюминии и этиленвинилового спирта, используются полимеры со стекловолокном. Не являясь кислородным барьером, такая прослойка служит армирующим элементом, уменьшая, как и алюминиевая, тепловое удлинение труб. Особенно часто основным материалом для таких композитных труб является полипропилен. В то же время армирование приводит к увеличению стоимости труб и, соответственно, выполненных из них систем.

В 1996 г. в России было освоено производство напорных труб и соединительных деталей для них из полипропилена. И трубопроводы из них получили широкое распространение в связи с наличием отечественного производства этого термопласта, а также удобным, быстрым и надежным монтажом за счет выполнения сварных соединений. Причем обучение проведению сварочно-монтажных работ обычно входит в перечень сервисных услуг фирм изготовителей и поставщиков труб из полипропилена.

Кислородонепроницаемость пластиковых труб

Кислородопроницаемость или диффузия кислорода – важный параметр в общей характеристике пластиковых труб. Многие полимерные трубы имеют высокие значения диффузии кислорода, что негативно сказывается на процессах эксплуатации, сокращая сроки работы не столько самих труб, сколько всех металлических узлов и приборов трубопроводной магистрали.

Например, если для создания отопительной системы используются трубы с высокой кислородопроницаемостью, то кислород проникает сквозь стенки трубопровода и насыщает горячий теплоноситель. Рабочая среда с пузырьками кислорода, проходит через металлические элементы трубопровода и способствует развитию в них кавитационных процессов, усиливающих образование слабых кислот. При высокой кислородной проницаемости полимерных трубопроводов наблюдается быстрое разрушение металлических деталей, которые в этом случае смогут прослужить не более 3-5 лет, а замена их несет за собой финансовые затраты.

Нормы кислородонепроницаемости

В соответствии с требованиями СНиП 41-01-2003 при монтаже систем отопления нельзя использовать полимерные трубы без антидиффузионного слоя, который предотвращает проникновение внутрь кислорода.

Согласно нормативному документу DIN 4726, показатель кислородной герметичности не может быть ниже, чем 0,1 г/м3 в сутки. Газ, проникающий в отопительную сеть на участках трубопровода без антидиффузионного слоя, попадает в теплоноситель и при контакте с металлическими узлами приводит к образованию ржавчины. В результате этого ускоряется износ металлического оборудования (элементов насоса, радиаторов и т.д.).

Антидиффузионный слой исключает попадание кислорода из воздуха в воду, которая в большинстве случаев используется в качестве теплоносителя.

Подтверждение параметра кислородонепроницаемости

Специалисты спорят о достоверности параметра диффузии кислорода, а некоторые намекают на невозможность проверки данного параметра имеющимися средствами лабораторных испытаний. Однако, все весьма прозрачно.

Существует стандарт ИСО 17455, который является международным. Он называется: «Трубопроводы из пластмасс – Многослойные трубы – Определение кислородопроницаемости трубы с барьерным слоем», в котором описываются два способа – статический способ проверки на кислородонепроницаемость, а также динамический способ. Данными образом определяется сколько кислорода попадает в рабочую среду в определенное время и при определенной температуре. Выбор метода не принципиален, поскольку результаты показываются одинаковые.

Читайте также:  Секреты сварки полипропиленовых трубы. Ошибки. Правила пайки

Высоко и низкотемпературные системы замкнутого типа

Ещё не так давно полагали, что кислородная диффузия оказывает негативное влияние в сетях только с высокими рабочими температурами. Однако шведские учёные после многолетних испытаний установили, что кислород, проникая в теплоноситель низкотемпературной коммуникации, способствует развитию бактерий, продукты жизнедеятельности которых заиливают внутренние поверхности трубопровода. В результате снижается пропускная способность и система становиться непригодной для дальнейшей эксплуатации. Итог – замена всей системы и серьезные финансовые затраты.

Как показывает практика, в России для монтажа систем отопления используются самые разные трубы и комплектующие к ним. Но создать по-настоящему надёжную систему можно только с помощью труб, характеризующихся кислородной непроницаемостью и термической стабильностью. Всем этим требованиям отвечают трубопроводные системы “aquatherm”.

Что касается ПП труб с армированным внешним слоем из алюминиевой фольги, то они не подходят для устройства данных систем в виду плохой адгезии фольги и полипропилена. Это негативно сказывается на термической стабильности и грозит преждевременным расслоением. Если армированный слой создан из дырчатой фольги, то это чревато проникновением кислорода в теплоноситель.

Кислородная коррозия: особенности

Как кислород из окружающего воздуха при давлении 0 атм. проникает в отопительную систему, в которой поддерживается давление 1,5 атм. и больше? В этом случае имеется ввиду парциальное давление, которое не зависит от абсолютного. Проникновение газа через поверхность труб без антидиффузного слоя будет происходить в том случае, если давление кислорода, который растворён в теплоносителе, будет ниже, чем во внешней среде.

Согласно действующим нормативам, концентрация кислорода в подпиточной воде теплосетей ограничивается 50 мкг/л. В неочищенной воде содержание кислорода в 100 раз больше. Даже небольшой переизбыток газа (сверх нормы) грозит развитием коррозионных процессов на металлических поверхностях. Постоянное насыщение воды кислородом обеспечивает непрерывные процессы коррозии, способные привести к появлению дыр. Кислород попадает в теплоноситель через трубы с высокой кислородопроницаемостью и во время подпитки сети неподготовленной водой.

Другой вариант, если теплосеть изготовлена из труб с низкой кислородопроницаемостью, а для подпитки используется подготовленная вода. В этом случае концентрация газа, растворённого в ней, постепенно уменьшается, при этом наблюдается частичное “недоокисление” и на поверхности внутренних стенок появляется плёнка, представляющая собой магнитный железняк и защищающая трубы от коррозии.

Производство труб с низкой диффузией кислорода

К сожалению, многие производители полимерных труб больше внимания уделяют снижению теплового удлинения изделий и при этом забывают о таком важном параметре, как кислородопроницаемость. Ведь минимизировать тепловое расширение можно благодаря использованию компенсаторов, а предотвратить диффузию кислорода можно лишь за счёт конструктивных изменений при изготовлении трубопроводных изделий.

Компания “aquatherm GmbH” на протяжении 40 лет занимается изготовлением трубопроводной продукции из модифицированного полипропилена. Данный материал является собственной разработкой и запатентован под торговой маркой “Fusiolen”. В отличие от многих других полимеров, он обладает однородной структурой и низкой кислородопроницаемостью, поэтому идеально подходит для производства систем отопления. Трубы “aquatherm” соответствуют всем действующим СНиП и DIN.

Преимущества использования труб с низкой кислородной проницаемостью

При разработке проектной документации на отопительные сети и другие трубопроводы важно учесть не только первоначальную стоимость, но и эксплуатационное обслуживание, которое при неправильном выборе труб может оказаться скорым и затратным, вплоть до полной замены системы. Конечно, создать вечную коммуникацию не удастся, но при правильном выборе труб можно продлить эксплуатационный период с 5-ти до 50-ти лет.

Кислородный барьер EVOH в трубах отопления — необходимость или маркетинг ?

Чем вреден кислород для системы отопления ?

Для того чтобы обосновать необходимость кислородного барьера, давайте сперва разберемся, какой вред системе отопления может принести растворенный в теплоносителе кислород.

Все мы помним еще со школьной скамьи, что такое процесс окисления. Такой процесс невозможен без наличия кислорода. В системах отопления процесс окисления приводит к процессу образования ржавчины. При наличии кислорода в воде через определенное время любая масса железа в конечном итоге преобразуется полностью в ржавчину и разрушается. При этом первый образовавшийся слой ржавчины не создает защитную пленку для основного слоя железа, в отличие от образования патины на медной поверхности. В реально существующих системах отопления, где содержание кислорода в теплоносителе в 100 раз превышает норматив, стальные панельные радиаторы за несколько отопительных сезонов превращаются в решето и подлежат замене.

Кроме разрушения радиаторов, кислород, растворенный в отопительной жидкости, позволяет размножаться бактериям, которые способны организовывать колонии, расти и полностью перекрывать проток теплоносителя. Особенно заметен и губителен данный процесс в трубе теплого пола, где температура теплоносителя не поднимается выше 50 градусов и тем самым является идеальной средой для роста колонии бактерий. Многолетние исследования японской лаборатории показали, что в трубе теплого пола стандартного размера 16*2 мм, при наличии растворенного в теплоносителе кислорода, за 20 лет колония размножающихся бактерий полностью перекрывает проток теплоносителя.

Требования законодательства.

Основными законами в области строительства являются СНиП. Так, СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», пункт 6.4.1 говорит следующее: «Полимерные трубы, применяемые в системах отопления совместно с металлическими трубами (в том числе в наружных системах теплоснабжения) или с приборами и оборудованием, имеющим ограничения по содержанию растворенного кислорода в теплоносителе, должны иметь кислородопроницаемость не более 0,1 г/(м3∙сут)». Соблюдение этого условия обеспечивает применение пластиковых труб с антидиффузионным слоем – металлическим или полимерным (EVOH).

Каким образом кислород попадает в закрытую систему отопления при наличии автоматических развоздушивателей? Такой процесс называется диффузией газов — процесс, при котором кислород из окружающей среды может проникнуть сквозь материал за счет разности парциальных давлений кислорода с обеих сторон материала. Парциальное давление кислорода в воздухе при нормальных условиях составляет 0,147 бара. Парциальное давление в абсолютно деаэрированной воде составляет 0 бар (независимо от давления теплоносителя) и растет по мере насыщения кислородом воды.

Для более простого примера можно представить такую ситуацию: представим трубу отопления как плетеную корзину. Наполним ее до краев ягодами (теплоносителем) и затем погрузим корзину в воду (кислород). Как бы ягоды (теплоноситель) не давили на стенки корзины (трубы), вода (кислород) все равно туда будет поступать, пока давление воды (кислорода) снаружи и внутри не выравняются.

В цифрах. Коэффициент кислородопроницаемости 100 метров трубы из Полиэтилена (PEх) – 650 г/(м3∙сут). За год эксплуатации через стенки трубы в теплоноситель попадет 3,416 кг молекулярного кислорода. При этом произойдет окисления 11,956 кг двухвалентного железа 2FeO c последующим доокислением 7,97 кг до трехвалентного железа 2Fe2O3. Таким образом, почти 12 кг железа перейдет в ржавый налет на внутренней поверхности стальных элементов системы и почти 4 кг ржавчины попадут в теплоноситель. Соответственно, вес радиаторов уменьшится на указанное количество железа, т.е. придут в негодность.

Защита от кислорода — слой EVOH.

Антидиффузионный слой EVOH представляет собой сополимер полиэтилена и винилового спирта, который наносится на пластиковую трубу на этапе производства. Слой EVOH идеально подходит по всем своим параметрам к полипропилену и имеет аналогичную температуру плавления, значение температурного расширения, нейтрален и не выделяет вредных веществ при нагревании. Физические и химические свойства слоя EVOH позволяют снизить кислородопроницаемость стенок трубы в тысячи раз, в сравнении с обычным полиэтиленом. Кислородопраницаемость EVOH аналогична по значениям с алюминием.

Трехслойная или пятислойная труба. Что выбрать ?

Мы с Вами уже разобрались, что применять труба с простым обозначением Pex или PERT, т.е. без кислородного барьера в системах отопления запрещено. Если в обозначении трубы указано PEx / EVOH или PERT / EVOH- это трехслойная труба, где первый слой — это полиэтилен, второй слой — это клей, который закрепляет кислородный барьер на полиэтилене и, наконец, третий слой — это и есть слой EVOH (кислородный барьер). В данном случае тонкая пленка кислородного барьера расположена на поверхности и не защищена от повреждений. При транспортировках, монтаже незащищенный слой всегда повреждается и защита трубы от попадания кислорода существенно ухудшается. Но самый большой вред незащищенному кислородному барьеру наносит стяжка теплого пола. При постоянных температурных удлиннениях, во время работы труба трется об цементно-песчаную стяжку, которая является абразивом. В течение короткого времени кислородный барьер полностью исчезает и труба остается без защиты.

Что же делать? Для полноценной защиты труб существует технология пятислойного производства труб, при которой кислородный барьер покрывается еще одним слоем полиэтилена и надежно защищен от любого механического воздействия, не истирается и не изнашивается. В этом случае на трубу наносится обозначение Pex/EVOH/Pex или PERT/EVOH/PERT и трубу называют пятислойной. Такая труба будет стоить немного дороже, чем трехслойная труба, но, как Вы уже поняли, только она позволит практически исключить вредные последствия попадания кислорода в систему отопления.

При выборе труб для систем отопления и сравнении цен убедитесь, что Вам предлагают пятислойные трубы с защищенным кислородным барьером.

Ссылка на основную публикацию