Линейное расширение полипропиленовых труб армированных стекловолокном

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.

Рекомендации по применению металлопластиковых труб

ГОСТ 52134-2003 регламентирует применение металлопластиковых труб на территории РФ. Долговременная прочность пластиковых трубопроводов зависит от рабочего режима, который определяется температурой теплоносителя и суммарным временем воздействия этой температуры на трубопровод. Поэтому было определено несколько классов эксплуатации. Эти классы соответствуют типовым условиям применения и отражают эффект воздействия температур на трубопровод за весь плановый срок эксплуатации. Согласно ГОСТ 52134-2003 металлопластиковые трубы допустимо использовать для всех 5 классов, но срок службы системы при мах рабочей температуре различен:

• Холодное водоснабжение (мах Траб = 20С) – 50 лет
• 1 и 2 класс: горячее водоснабжение (мах Траб = 60/70 С) – 50 лет
• 3 класс: низкотемпературное напольное отопление (мах Траб = 40С) – 50 лет
• 4 класс: низкотемпературное радиаторное отопление (мах Траб = 60С) – 25 лет
• 5 класс: высокотемпературное радиаторное отопление (мах Траб = 80С) – 10 лет

Практические рекомендации по применению:

• Металлопластиковые трубы отлично подходят для систем холодного и горячего водоснабжения, а также низкотемпературного напольного отопления.
• Металлопластиковые трубы рекомендуется использовать в системах низкотемпературного радиаторного отопления (4 класс эксплуатации)
• Металлопластиковые трубы можно использовать в системах высокотемпературного радиаторного отопления (5 класс эксплуатации), учитывая риск значительного снижения срока службы. НО металлопластиковые трубы на основе PERT т.е. PERT/AL/PERT и PERT/AL/PEHD не рекомендуется использовать в системах высокотемпературного радиаторного отопления.
• Металлопластиковые трубы запрещено использовать в системах центрального отопления с элеваторными узлами (где фактически нет контроля над температурой теплоносителя)

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.

Способы ликвидации эффекта теплового расширения труб

• При установке системы отопления, между трубопроводом и стеной предполагаются определенного размера зазоры. Следовательно, у труб появляется возможность расширяться при нагревании на несколько сантиметров. Во избежание полной поломки систему отопления не прокладывают строго вдоль стен;
• Наиболее тщательно необходимо следить за пайкой труб из полипропилена в участках углов помещения. Нужно сохранять зазоры определенного размера для предотвращения упора труб в стену;
• На участках продолжительного трубопровода обязательно устанавливают особые компенсаторы. В П-образных зонах тепловое расширение способствует подвижности полипропиленовых труб. Дабы воздушные камеры не образовывались в верхних участках подобных компенсаторов, их установку производят с наклоном. В подобном случае во время наполнения системы горячим теплоносителем воздушные пробки из них уйдут;
• При грамотном применении опор и подбора определенной формы трубопровода проблема линейного расширения устраняется.
• Основные рекомендации монтирования: устройство гибкой системы, с минимальным количеством жестких стыков, обладающих низкой способностью к деформированию.

Трубы из полипропилена, при соблюдении рекомендации производителя и правил монтажа, отличаются от других видов своей небольшой стоимостью, простотой укладки, большим сроком эксплуатации и безопасностью.

При постройке новых домов и при ремонте старых зданий все чаще применяются полипропиленовые трубы. Они простые в монтаже, удобные в транспортировке и отличаются пониженным уровнем шума. Трубы из полипропилена по сравнению с металлическими, намного больше при колебаниях температуры меняют свою длину. Поэтому тепловое расширение полипропиленовых труб обязательно нужно учесть при проектировании трубопроводов, особенно если применяются неармированные трубы в системах отопления и горячей воды.

К чему может привести игнорирование теплового расширения

При нагревании полипропиленовые армированные трубы могут вырывать клипсы и другие крепления, при этом принимая форму волны. Такое явление бывает на длинных ветках труб для отопления, которые длиной более десяти метров.

В верхних точках труб скапливается воздух. Это содействует тому, что из-за этого воздуха проходное сечение труб становится уже и пропускная способность труб уменьшается, поэтому они и становятся волнообразными. 

В отопительной системе начинают хуже греть батареи. В водоснабжении горячем это приводит к тому, что становится меньше напор воды. В некоторых случаях линейное расширение полипропиленовых труб приводит к полной поломке системы отопления.

Коэффициент линейного расширения

Коэффициент теплового расширения полипропиленовых труб неармированных составляет 0,1500 мм/мК. Армированный полипропилен имеет коэффициент от 0,03 до 0,05 мм/мК. У полипропиленовых труб, армированных стекловолокном или же алюминием коэффициент, как видите, меньше, чем у обычных труб из полипропилена и разница довольно большая. Это нужно всегда учитывать при монтаже той или же иной системы.

Всегда нужно подсчитывать длину труб. При этом нужно учесть, насколько увеличится их длина при подаче в отопительную систему горячего теплоносителя. Если подсчитать, учитывая коэффициент линейного расширения, то при длине ветки труб в пять метров общее их расширение может быть от 10,5 до 17,5 миллиметров.

Как устранить эффект теплового расширения

При монтаже отопительных систем между трубами и стенами оставляют зазоры. Зазор между стенами и трубами должен позволить расшириться трубам на пару сантиметров, поэтому отопительные трубы нельзя вести строго по стенкам, это приведет к поломке системы.

Уделяйте особое внимание пайке полипропиленовых труб в углах помещения. Оставлять надо такие зазоры, чтобы трубы в стену не упирались.

При использовании длинных веток труб нужно устанавливать специальные компенсаторы. Это П-образные участки, которые при тепловом расширении допускают движение труб. Чтобы воздух не скопился в верхних точках этих компенсаторов, их устанавливают с наклоном вниз или ровно. Тогда при заполнении системы из них удалится воздух.

Правильное использование опор и выбор конфигурации трубопровода во многом решают проблему тепловогорасширения. Общее правило монтажа – это создание как можно более эластичной и гибкой системы, которая имеет минимум жестких коротких узлов, имеющих маленькую способность к деформации.

В системах отопления и водоснабжения обычные стальные трубы сейчас уже не устанавливаются, на их место пришел полипропилен и металлопластик. Первый отличается дешевизной, и поэтому большей популярностью.

Современные технологии

Технология производства постоянно совершенствуются, сейчас на рынке закрепились армированные трубы из полипропилена с наличием слоев из стекловолокна или алюминиевой фольги.

Причем размещение армировки может быть как внутренним, так и поверхностным. К тому же совместно с полипропиленом могут использоваться слои из другого полимера.

Такое разнообразие позволяет получить различные сочетания качеств, характеристик и цены. А какие характеристики востребованы у потребителя?

Зачем нужна армировка

Полипропилен подвержен значительному температурному расширению. Длина изделия из этого материала может увеличиваться до 15% при нагреве до 100 град С. Понятно, что столь значительное изменение размеров не приемлемо в системах отопления (рабочая температура 80 град С) и ГВС (60 град С).

Текучесть полипропилена явно проявляется при нагреве до 140 град С. Но под давлением в 2 атм, изменение формы возникнет и при 100 град С.

Армировка является тем каркасом, который сохраняет форму труб при больших температурах и давлении.

Но и армированные полипропиленовые трубы могут работать только до 95 град С при давлении 3 атм. Подробнее о максимальных длительных и пиковых температурах и давлении нужно узнавать в характеристиках, которые дает производитель.

Коэффициенты теплового расширения

Трубы из полипропилена характеризуются коэффициентом теплового расширения — на сколько мм изменяется изделие размером в 1 метр при нагреве на 1 градус.

Линейное тепловое расширение:

• чистого полипропилена — не менее 0,15 мм/мК, это значит, что при нагреве до 75 град С 1 метр трубы удлинится на 10 мм;
• алюминиевая амрмировка — 0,03 мм/мК, до 3 мм на один метр;
• армирование стекловолокном — 0,035 мм/мК.

Т.е. наличие прочного слоя в стенке трубы позволяет сократить удлинение фактически больше чем в 3 раза. Но тепловые зазоры с конструкциями здания, при монтаже этого трубопровода, должны быть значительными.

Стекловолокно в стенке трубы

При изготовлении полипропилен обволакивает мельчайшие стекловолокна, образуя фактически монолитное соединение. Поэтому трубы с такой армировкой не расслаиваются. Кроме того, им предается значительно большая механическая прочность, даже излишняя в обычных условиях.

Коэффициент линейного расширения — удовлетворительный. Отдельные варианты труб могут применяться в самых нагруженных по температуре и давлению системах.

При этом сохраняется наименьшая цена за изделие.

Почему данная конструкция при всех достоинствах не всегда удовлетворяет требования потребителя?

Армирование алюминием

Армировка алюминием позволяет создать сплошную надежную преграду для проникновения кислорода из воздуха в теплоноситель. Обмен кислородом с атмосфером вызывает усиленные коррозионные процессы в высокотемпературных системах отопления. Проектировщики зачастую планируют именно трубы с кислородным барьером.

Наиболее надежным барьером является алюминиевая фольга.

Она может применияться совместно с полипропиленом в различных вариантах:

• Слой внутри стенки трубы;
• алюминий снаружи, покрыт тонким слоем пластика. В этом случае при пайке фольгу зачищают.

Сама же фольга может быть сплошной или перфорированной с толщиной в пределах 0,1 — 0,5 мм.

Применение перфорированной фольги

Гладкая фольга практически не имеет адгезии с полипропиленом, для сцепления слоев применяется клей. Тогда стенка трубы фактически пятислойная:

• материал-клей-алюминий-клей-материал.

Большой недостаток в том, что с такой армировкой трубы при пайке (сильном нагреве) и в процессе эксплуатации расслаиваются, — теряют прочность, вздуваются…

Выход найден в применении фольги «в дырочку» — перфорированной. Сцепление слоев при этом отличное, расслаивания не происходит. А проникновение кислорода сильно не увеличилось — в норме, так как дырки составляют маленький процент площади материала.

В последнее время армировку делают в основном из перфорированной фольги.

Варианты слоев и армировок, маркировка труб

По стандарту материал, из которого изготовлены многослойные трубы, указывается в маркировке. Алюминиевая фольга обозначается как — AL. Полипропилен — PPR.
Тогда на трубе будет обозначено — PPR-AL-PPR.

Возможно также, что верхний тончайший слой для покрытия наружной фольги будет как PEX, — модифицированный полиэтилен.
Или же наоборот внутренний слой сшитого полиэтилена способствует лучшим гидравлическим характеристикам и созданию лучших стыков (не растекается), а полипропилен снаружи служит для сваривания, — PPR-AL-PERT

Если же армирование выполнено стекловолокном, то обозначение преобразуется как PPR-FB-PPR, но стекловолокно могут обозначать и как FR, GF…

Сложности работы с алюминием

Наличие алюминиевой фольги для потребителя означает не только повышенную цену, но и сложность монтажа.
Причем более прогрессивные трубы, у которох фольга находится внутри материала, а не сверху еще дороже.

Если алюминий сверху его нужно удалять на глубину пайки с фитингом.
Но если слой внутри, то специалисты рекомендуют трубу проторцевать специальным приспособлением на дрель — сделать край максимально ровным, чтобы металл контактировал с теплоносителем поменьше.

Со стекловолоконной армировкой работать не в пример проще, ничего подобного делать не нужно.

Какой трубопровод применить

В отрытых системах отопления и для любого водоснабжения алюминиевая фольга не нужна. Она больше востребована как барьер кислороду в горячих замкнутых системах частных домов. Требования же проектировщиком в отношении применения кислородоустойчивых труб уважать рекомендуется.

Но зачастую в домашних сетях, умельцы подобные сложности игнорируют и массово применяют более дешевые, более прочные, и просто-монтируемые трубы PN-25 PPR-FB-PPR армированные стекловолокном.

Как собрать полипропиленовый трубопровод

Строительные фирмы, или специалисты с полипропиленом работают неохотно, так как не могут гарантировать заказчику качество стыков и безремонтность трубопровода. И все из-за невозможности стандартизации и проверки качества сварных соединений.
Подробней, насколько хорош полипропилен, как его паять

Но при самостоятельном монтаже армированные полипропиленовые трубы вне конкуренции из-за простоты монтажа и копеечной стоимости.

При значительных объемах монтированного трубопровода, с прицелом на дальнейший ремонт, рекомендуется обзавестись полифузом — сварочным аппаратом, в бытовом варианте он стоит до 1000 руб.
Если же объем работ мал, то паяльник можно взять и на прокат.

Какие бренды, какие трубы приобрести

На рынке широко продаются изделия известных компаний. У нас популярны немецкие и чешские трубы. Охотно берут не уступающую по качеству, но более дешевую «турцию».

Но неизвестных производителей лучше избежать, мало-ли, небольшая сэкономленная сумма не стоит риска. Такие производители армированных полипропиленовых труб как

• FV Plast (Чехия),
• Banninger (Германия),

производят продукцию, которая заслужила авторитет среди наших потребителей надежностью, высоким качеством.

Что дают знания о коэффициенте расширения

Самое важное, почему необходимо знать о значении расширения, чтобы не разрушить систему, когда температура увеличивается. Этот фактор важен для отопительной сети, также водопровода с горячей водой. Его учитывают во время прокладки теплых полов.

Важно! Во время монтажа не стоит забывать, что линейное расширение увеличится до 1.5 миллиметров на метр трубопровода. Стекловолокно в качестве армирования снижает значение до шести раз.

Деформация труб приводит к повышению шума во время протока носителя, понижает уровень стабильности всей системы.

Важно! Для систем, которые подвергаются нагреву, подбирают изделия, имеющие самый низкий уровень тепловой деформации.

Подробности

Практическим путем проверили, пятиметровый трубопрокат из полипропиленового материала удлиняется от 11 – 17 миллиметров.

Расширение изделий, имеющих армирующий слой.

Полипропилен обладает высоким уровнем деформации, если повышается температура носителя.

Чтобы добиться снижения линейного расширения, при этом повысить прочность системы, трубы снабжают армирующим покрытием из стекловолокна либо алюминия.

Виды армирования при помощи алюминия:

1.наносят слой при помощи алюминиевого листа сверху трубы.

2.алюминиевый лист наносят внутри трубы.

3.проводят армирование при помощи перфорированного алюминия.

Все методы представляют собой склеивание трубопроката из полипропилена и алюминиевой фольги. Данный способ малоэффективен, так как труба может расслаиваться, изменяя качество изделий в худшую сторону.

Процесс армирования при помощи стекловолокна является более функциональным и прочным. Данный метод предполагает, что внутри и снаружи трубы остается полипропилен, а между ними укладывают стекловолокно. Армирующая труба имеет три слоя. Такие трубы не подвержены тепловому изменению.

Сравнение показателя расширения до и после армирующей процедуры:

1.простые трубы имеют коэффициент в 0.1500 мм / мК, по-другому десять миллиметров на метр погонный, при изменении температуры на семьдесят градусов.

2.армированные трубопрокаты при помощи алюминия меняют значение до 0.03 мм/ мК, по-другому равно трем миллиметрам на погонный метр.

3.во время армирования стекловолокном показатель снижается до 0.035 мм / мК.

Полипропиленовые трубопрокаты с армированным слоем из стекловолокна применят в различных сферах.

Трубопрокаты имеют ряд положительных свойств:

1.имеют легкий вес.

2.эластичные.

3.противостоят образованию коррозии.

способны транспортировать химические вещества.

5.считаются чистыми с точки зрения экологии.

Особенности армирования труб из полипропилена. Армирующим материалом является цельная либо перфорированная фольга, которая имеет толщину 0.01 до 0.005 сантиметров. Материал прокладывают на стенке снаружи либо внутри изделия. Слои соединяют при помощи клея.

Фольга ложится сплошной прослойкой, которая становится защитой от кислорода. Большой объем кислорода образует коррозию на отопительных приборах.

Армирующий слой из стекловолокна образует три слоя, средний из них является стекловолокном. Его сваривают с полипропиленовыми соседними прослойками.

Так образуется максимально прочное изделие, наделенное малым показателем линейного расширения.

Внимание! Стекловолокно, как армирующий материал, имеет больше преимуществ, он монолитен и не расслаивается, в отличие от алюминиевого армирования.

Все изделия из полипропилена: армированные и неармированные, отличаются гибкостью, так как имеют большой показатель упругости.

Свойство делает сборку трубопроводов простым процессом, снижает затраты на время монтажа, потому что перед укладкой не требуется зачистка армирующего слоя из алюминия.

Рекомендации по учету коэффициента линейного расширения

При создании проектов трубопроводов учитывается коэффициент теплового удлинения.

Рассчитывая изменения при нагревании, применяется нормативный коэффициент расширения и показатель разности температурных значений, намеченных в трубопроводе при включенной системе и при монтаже.

В неармированных конструкциях коэффициент теплового расширения соответствует 0,15 мм/мК, в армированных трубах подобный показатель колеблется в пределах 0,03 ─ 0,05 мм/мК. Трубопровод, армированный стекловолокном или алюминием, имеет низкий коэффициент, в отличие от полипропиленовых труб. При монтировании систем этот факт является определяющим.

Необходимо принимать в расчет длину труб, высчитывая значение, на которое удлиняется конструкция при нагревании. К примеру, при длине участка трубопровода равной 5м, величина расширения доходит до 17,5 мм.

Основные характеристики полипропиленовых труб, армированных стекловолокном

Полипропиленовые трубы в последние десятилетия обширно применяются в водопроводах, системах канализации, а также отопления и кондиционирования.

Десятки производителей поставляют на наш рынок качественную трубу, уже не одно поколение профессиональных монтажников умеют правильно работать с ней.

Проектировщики давно имеют всю техническую документацию, помогающую проектировать трубопроводные системы, готовые служить несколько десятков лет.

Недостатки и пути их преодоления

Известно, что полипропиленовые трубы наряду со всеми известными достоинствами обладают двумя главными недостатками, которые учитываются в процессе разработки и производства новых видов труб, при технических расчетах, при монтаже.

Какие это недостатки?

• Полипропиленовые трубы необходимо эксплуатировать только при определенных давлениях и температуре, которые определяется производителем в технической документации.

При низкой температуре ниже 0°C полипропиленовые трубы становятся более хрупкими, а при высоких – более 95°C, наоборот, становятся мягкими и «плывут».

Поэтому в технической документации всегда приводятся таблицы с допустимыми давлениями, температурными режимами и сопутствующим им сроком службы.

На практике это воплощают путем применения регулировочных, смесительных узлов, предохранительных клапанов и автоматики.

• Полипропиленовые трубы имеют большое тепловое расширение.

У всех материалов есть физическая величина, называемая коэффициент линейного теплового расширения.

Он обозначается αL и вычисляется по формуле

αL=ΔL/LΔT,

где ΔL-изменение размеров, при изменении температуры на ΔT, при начальном размере L.

Для неармированной трубы он составляет 0,15 мм/м*К.

Приведем пример. Монтаж полипропиленовой трубы длиной в 10 метров производился при температуре 20°C, а при запуске системы отопления температура поднялась до 70°C.

Разница температур ΔT=70-20=50°C, длина 10 метров.

Находим ΔL= αL*L* ΔT=0.15*10*50=75 мм.

Таким образом, участок трубы увеличит свои геометрические размеры на 75 мм.

Если труба проложена открыто, то она «провиснет», а если внутри строительных конструкций, то она может разрушить стяжку или штукатурку, потому что силы теплового расширения огромны.

На практике, проблему теплового расширения полипропиленовых труб решают путем армирования труб и устройством компенсаторов.

Виды армирования

Естественно, что отпускать эту проблему линейного расширения труб из полипропилена производители не «пустили на самотек», а разработали систему армирования труб, которых на настоящее время существует три вида:

• Полипропиленовые трубы, армированные алюминием во внешнем слое.

Такие трубы имеют слой алюминиевой фольги во внешнем слое, а сверху фольги еще и полипропиленовое покрытие.

Коэффициент теплового расширения в пять раз меньше αL=0,03 мм/м*К, значит в предыдущем примере труба удлинится всего на 15 мм.

Полипропиленовые трубы, армированные стекловолокном, требуют зачистки перед сваркой, что делает процесс более трудоемким.

Еще одним минусом этих труб является возможность некорректного монтажа, ведь трубу в паяльную насадку можно умудриться запихнуть и не зачищенную, что себе иногда позволяли представители южных республик бывшего СССР.

Естественно, что со временем именно в этих местах были протечки и даже разрывы.

• Полипропиленовые трубы, армированные алюминием в среднем слое.

В таких трубах слой алюминия располагается посередине трубы.

При таком армировании сохраняется низкое тепловое расширение трубы и при монтаже эти трубы не требуют зачистки, что является «защитой от дурака» и сильно облегчает процесс монтажа.

Недостатком такой конструкции является то, что алюминиевый слой крепится к полипропилену специальным клеевым составом, который при определенных условиях сильно теряет свои свойства.

Известны случаи расслоения такого «пирога» конструкции трубы, что приводило к протечкам или разрывам.

• Полипропиленовые трубы, армированные стекловолокном в среднем слое.

В таких трубах, армирование идет в среднем слое трубы.

В настоящее время полипропиленовые трубы, армированные стекловолокном, являются наилучшим выбором и применяются в системах горячего водоснабжения и отопления чаще всего.

Значение коэффициента теплового увеличения

На практике проверили, что ПП труба длиной в 5 метров от воздействия тепла увеличивается от 11 до 17 мм.

Разновидности компенсаторов

В настоящее время выпускаются разные модели компенсаторов:

Г-образные; Z-образные; П-образные;

Сильфонные, которые в свою очередь бывают сдвиговыми, осевыми и т.д.

О компенсаторах более подробно будет рассказано в нашем следующем обзоре.

Подводя итог, стоит сделать акцент на важность значения линейного расширения труб при проектировании трубопроводов, поскольку оно влияет на их качество и срок службы.

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.

Видео

RU/UA Тепловое расширение и сжатие труб

Этим способом создают высокопрочную конструкцию, которая характеризуется небольшим коэффициентом теплового расширения, намного меньшим, чем у исходного материала.

Если сравнить этот вид полипропилена с аналогами, то преимущество получает стекловолокно. Его монолитность не приводит к расслаиванию полипропиленовых патрубков, чего нет у алюминия.

Также товары из полипропилена, армированного стекловолокном, отличаются большим показателем упругости, это делает их очень гибкими.

Последняя характеристика в значительной степени упрощает монтаж и сокращает его время, так, как перед сварными работами не нужно чистить алюминиевый слой.

Расчет коэффициента расширения для различных видов труб

Существует формула для расчета расширения полипропиленовых труб при нагреве, позволяющая определить, насколько увеличится длина трубопровода:

Д=к*ДТ*t, где

• 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.

Рекомендуем ознакомиться:  Как работает воздушный клапан отопления и как его выбрать?

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 системы отопления из полипропиленовых труб своими руками

Полипропиленовые трубы всё чаще становятся удачной заменой стальным и чугунным аналогам из числа тех, что ранее применялись в сантехнике. Многие сооружаемые частные дома теперь оснащаются отопительными системами, ХВС и ГВС, смонтированными на основе полипропилена.

К тому же монтаж отопления из полипропиленовых труб несложно выполнить самостоятельно. Во всяком случае, соорудить пластиковую систему значительно легче, чем металлическую.

Отопление на базе полипропилена

Если решено сделать систему отопления или какую-то другую из полипропиленовых труб, мастеру кроме пластиковых рукавов, потребуется дополнительная комплектация.

Отопительная система жилого дома, смонтированная на основе полипропиленовых труб – это уже привычный уклад бытовой жизни. Практичность и несложное изготовление сделали полипропилен крайне популярным

В частности, потребуется следующий материал, оборудование, инструмент:

• трубные ножницы или труборез;
• паяльный сантехнический станок;
• резак для снятия фольги;
• лента герметизирующая (фторопластовая);
• острый нож;
• обезжиривающие средство (например, салфетки Tangit);
• необходимый ассортимент фитингов;
• рулетка и маркер;
• крепёжные детали, винты и дюбели.

Следует обратить внимание на главный материал – ПП трубы, из которых предполагается создавать систему отопления. Потому что систему отопления из полипропиленовых труб допускается собирать на базе материала разного класса.

Конкретный выбор сборки зависит от планируемых условий эксплуатации.

Классификация и расчетные параметры

Существующими нормами ГОСТ (ISO10508) установлена классификация полипропиленовых рукавов, исходя из которой этот материал допустимо применять в определённых условиях эксплуатации.

Классификация труб на полипропиленовой основе чётко указывает эксплуатационные параметры. Принимая во внимание это обозначение, легко и просто подобрать материал под конкретную конфигурацию отопительной системы

Рукава делят на 4 класса (1,2, 4,5) по типовым областям применения и по значениям рабочего давления (4,6,8,10 АТИ):

• класс 1 (системы горячей воды до 60°);
• класс 2 (системы горячей воды до 70°С);
• класс 4 (напольный обогрев и радиаторные системы до 70°С);
• класс 5 (радиаторные системы до 90°С).

Например, требуются полипропиленовые рукава, чтобы сделать низкотемпературную систему отопления. Тогда по обозначению на внешней поверхности труб можно определить подходящий материал.

Для данного случая вполне подойдут рукава с обозначением – Class 4/10, что соответствует граничному температурному параметру 70ºС и допустимой границе рабочего давления – 10 АТИ.

Промышленность, как правило, производит изделия универсального назначения. Изготовленными продуктами поддерживается обширная классификация. В документации на такой материал классификация указывается стандартным перечислением допустимых параметров (Class 1/10, 2/10, 4/10, 5/8 bar).

Каждый фирменный продукт имеет на внешней поверхности обозначение класса применения, которым фактически определяются эксплуатационные параметры будущей конструкции домашнего отопления

Таким образом, рассчитывая сделать отопление в доме из полипропилена своими руками, главный материал обычно выбирается мастером в прямой зависимости:

• от запланированных эксплуатационных параметров;
• от способов нагрева теплоносителя;
• от применяемой системы регулирования.

Желательно также рассчитать срок эксплуатации будущей отопительной системы, применяя параметры:

• верхние значения Траб и Pраб;
• толщину стенки труб;
• наружный диаметр;
• коэффициент безопасности;
• продолжительность отопительного сезона.

В среднем, срок эксплуатации полипропилена должен составить не менее 40 лет.

Как происходит сборка системы из ПП труб

Рассмотрим, как сделать систему отопления из полипропилена с учетом норм и правил монтажа. Началу производства сети должен предшествовать внимательный осмотр всех деталей комплекта будущей системы. Компоненты (трубы, фитинги) должны быть в надлежащем виде – чистые, без наличия повреждений.

Рекомендуется применять детали только одного производителя. Температура окружающей среды площадки производства работ — не менее + 5°С.

Набор деталей для сборки отопительной системы из полипропиленовых продуктов сочетает в себе различные технические компоненты, использование которых в построении инженерного проекта является обязательным

Соединять между собой полипропиленовые детали системы допускается одним из трёх видов сварки:

• Полифузная.
• Электромуфтовая.
• Стыковая.

Некоторые детали полипропиленовой отопительной системы могут соединяться посредством резьбового сочленения. Для этого используются специальные фитинговые детали с резьбой.

Самодельная нарезка резьбы на полипропиленовых трубах запрещается. Резьбовые соединения следует уплотнять тефлоновой лентой. Применение льна или пакли на полипропилене не практикуется.

Особенности монтажных работ

Все используемые в монтаже рукава, в случаях подгонки их по размеру, режут специально предназначенными для этих целей ножницами или труборезом.

Работа этим инструментом сопровождается ровным чистым резом, что является важным моментом для выполнения качественного соединения.

Таким инструментом режут полипропилен по размеру – подгоняют для конкретного участка будущей отопительной системы. Труборезы – инструменты многообразные по техническому исполнению.

Ручная техника обычно используется для мелких труб

Если требуется выполнить переход «пластик-металл», на трубопроводах ГВС и отопления необходимо применять исключительно фитинговые переходы, оснащённые запрессованной латунной (никелированной) втулкой с резьбой (внутренней или наружной).

Совет

Затяжка таких соединений выполняется посредством ленточных ключей, если отсутствует профиль под стандартный ключ.

Компенсаторы расширения труб ПП

Вследствие теплового расширения полипропиленовых труб из-за высоких температур, через некоторое время трубы удлиняются и начинают провисать. В связи с этим на магистралях, длина которых более 10 м, используют гибкие компенсаторы. Читайте также: «Как сделать теплоизоляцию полипропиленовых труб, какой материал использовать при этом».

Расширительные компенсаторы являются простыми гибкими соединительными изделиями в форме завернутой петли. Эта деталь очень важна, так как она устраняет воздействие на магистраль высоких температур. К тому же, она защищает систему от повышенного давления. Кроме того, что деталь имеет невысокую стоимость, ее еще и легко устанавливать.

Разновидности компенсаторов

Бывают такие виды устройств для нивелирования теплового удлинения полипропиленовых труб:

1. Осевые. Такие компенсаторы имеют крепежные направляющие элементы, и выполняют функцию неподвижных опор. Их легко устанавливать.
2. Сдвиговые. Такие детали могут двигаться в двух направлениях. У них есть одно- или двухсильфонная гофра из нержавеющей стали. Их скрепление между собой происходит при помощи арматурного соединения.
3. Поворотного типа. Благодаря им можно нейтрализовать линейное удлинение на отрезке поворота трубы и закрепить поворотный угол. Применяются такие детали в местах, где есть необходимость изменить направление сети под прямым углом.
4. Универсальные. У таких устройств присутствуют три типа рабочего хода: угловой, поперечный и осевой. Такие изделия чаще всего используются при сооружении малой магистрали, а также тогда, когда нет возможности произвести монтаж компенсаторов сильфонного типа (прочитайте также: «Типы компенсаторов для полипропиленовых труб и способы их установки»).
5. Фланцевого типа. Представляют собой устройства из резины для устранения температурного расширения полипропиленовых труб, а точнее, для подавления ударной волны, или для сглаживания осевых неточностей магистрали. Волна может возникать вследствие резкого увеличения давления внутри системы.

Закрепляются такие виды компенсаторов либо сварным, либо фланцевым способом.

Отличительные особенности компенсаторов:

• Нейтрализация вихревого потока и установление нормального давления внутри труб.
• Система получает достаточную герметичность.
• Трубная магистраль прослужит дольше.

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:

1. Осевые (сильфонные) – приспособления в виде двух фланцев, между которыми находится пружина, компенсирующая сжатие и расширение участка трубопровода. Крепятся неподвижно к опоре.
2. Сдвиговые – используются для компенсации осевого отклонения участка трубопровода при температурном расширении.
3. Поворотные – устанавливаются на участках поворота магистрали для уменьшения деформации.
4. Универсальные – объединяют расширения во всех направлениях, компенсируя поворот, сдвиг и сжатие трубы.

Особенности стекловолокна, как материала для армирования

Материал для армирования применяют сравнительно недавно. У стекляннной фибры самый низкий уровень расширения, равен 0.009 мм / мК.

Материал отличается прочностью во время нагрузок. Показатель в отличие от стали достигает значения до трех раз больше. Трубы со слоем из стекловолокна имеют достаточную прочность, эластичность, что снижает уровень теплового изменения.

Внимание! Стекловолокно добавляет полипропилену хорошие свойства, но сам материал имеет минус: хрупкость.

Учитывая данный недостаток стекловолокно стали укладывать между полипропиленом, материалы соединяют на уровне молекул.

Почему три слоя для армированной трубы считается оптимальным вариантом:

1.нельзя прокладывать стеклянными фибрами слои снаружи и внутри.

2.для слоя внутри стекловолокно считается опасным, частицы могут попасть в движущуюся воду.

Важно! Данный тип армирования обеспечивает стабильный показатель коэффициента изменения. Утверждение: на значение коэффициента трубы влияет количество фибровых частиц, не является верным.

На коэффициент влияет объем прослойки, содержащая стекловолокно. У различных марок обозначение коэффициента достигает до 10-ти процентов.

Выполняя разные расчеты для сборки систем из этих изделий, определяя количество компенсаторов, советуют учитывать среднее значение расширения, равное 0.05 мм / мК.