Кислородный барьер для отопления

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.

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.

Как узнать есть ли кислородный барьер EVOH в трубе

До недавнего времени трубы любого типа, использующиеся в системах отопления считались герметичными. То есть непроницаемыми, как для жидкости, как и для кислорода. Однако, с широким применением полимеров — полиэтилена, ПВХ, металлопластика в системах отопления начали возникать проблемы связанные с повышением уровня растворённого в теплоносителе кислорода. Причём эти проблемы отнюдь не ограничивается простой коррозией радиаторов отопления и теплообменников котлов. Насыщенная кислородом вода в качестве теплоносителя, в сочетании с повышенной температурой является идеальной средой для размножения бактерий. Производители стали задумываться о применении EVOH кислородного барьера.

Что такое кислородный барьер, и в каких трубах он применяется?

Кислородный барьер представляет собой дополнительный слой особо покрытия использующегося в пластиковых трубах. Он предотвращает попадание — диффузию кислорода внутрь полимерной трубы. Существует несколько разновидностей кислородных барьеров в зависимости от типа трубы:

• pert (pe-rt) — термоустойчивый полиэтилен, составляющий значительную конкуренцию сшитому полиэтилену. Производится методом модернизации химической реакции полимеризации. Вместо бутена в качестве сополимера используется октен. Именно с его помощью формируется защитный слой;
• металлопластик – в качестве защиты от диффузии кислорода используются механические барьеры: алюминиевая фольга или стекловолокно;
• pex — так называемый сшитый полиэтилен. Материал отличается наличием поперечных связей в структуре пространственной решетки полимерного материала. Материал отличается высокими прочностными характеристиками. В качестве кислородного барьера выступает прослойка сополимера этил-винилового спирта, получившая название EVOH.

ВАЖНО! EVOH — который используется в pex трубах, наносится на полиэтиленовую основу при производстве. Он полностью совпадает по основным техническим параметрам со сшитым полиэтиленом, имеет ту же температуру плавления и коэффициент термического расширения. При этом, под воздействием температуры он не выделяет каких-либо опасных, канцерогенных или сильно пахнущих веществ. Если говорить о уровне кислородного барьера в трубах, то EVOH равен по этому показателю с алюминиевой фольгой.

Для чего нужен кислородный барьер?

Основная проблема, которую вызывает насыщенный кислородом теплоноситель, это вступление в реакцию с любым металлическим (коррозирующим) элементом системы. В результате образуется большое количество шлама, что не только снижает эффективность функционирования системы отопления, но и существенно сокращает срок службы оборудования. На практике это выражается в следующих фактах:

• Даже грамотно установленный воздухоотводчик не может полностью избавить теплоноситель от насыщенной кислородной взвеси;
• Использующиеся в системе отопления фильтры (грязевики), не в состоянии удалить весь шлам, циркулирующий по трубопроводам;
• Магнетиты оседают на металлических деталях, существенно ускоряя процесс коксования внутренних объемов трубопроводов, радиаторов отопления и теплообменников.

Требования ГОСТ и производителей отопительного оборудования

В СНиП-ах, регламентирующих технические условия систем отопления, вентиляции и кондиционирования (сейчас СП 60.13330.2010) четко прописаны требования для систем отопления, имеющих в своем составе какие-либо полимерные элементы. Диффузионный (кислородный) барьер должен быть в наличии у всех полимерных труб. Это правило действует для всех систем отопления, имеющих, как металлические, так и полимерные элементы.

Вместе с тем, очень многие производители изделий для систем отопления вносят в техническую документацию по эксплуатации своей продукции специальный пункт, о необходимости применения пластиковых труб исключительно с диффузионной защитой. В противном случае, производитель оставляет за собой право отказать в гарантийном случае.

Аргументы за и против

Противники данной концепции выдвигает следующие доказательства бесполезности диффузионного барьера:

• Давление теплоносителя в трубах превышает атмосферное, поэтому диффузия кислорода и его растворение в теплоносителе полностью исключается в соответствии с фундаментальными законами физики;
• Даже при проникновении определенного количества кислорода внутрь, его количество, растворенное в воде будет насколько мизерным, что какого-либо воздействия, тем более в виде интенсивной коррозии не произойдёт;
• Появлению в трубопроводе коррозии и её результатов

Как проверить на практике есть ли кислородный барьер

На практике, каждый решает для себя, выбирать трубы с кислородным барьером EVOH по немного большей цене или в случае поломок, вызванных коррозионным поражением металлических частей радиаторов отопления теплообменника, выполнять ремонт или приобретение новых изделий за свой счет. Однако, если существуют нормативы и требования производителей, то не выполнять их, рискуя потратить гораздо больше и средства по крайней мере недальновидно.

Если заказчик принял твердое решение использовать трубы с диффузионным барьером, то ему необходимо убедиться, что подрядные организации (бригады мастеров) используют именно тот тип труб, за который было изначально заплачено.

Внешне эти два типа труб практически ничем не отличаются, особенно на взгляд непосвященного человека. Однако существует довольно простой способ проверки наличия защитного слоя EVOH. Он заключается в способности сополимера полиэтилена и винилового спирта реагировать с другими спиртами. Практически это реакция замещения одних спиртов другими.

Для тестирования понадобится любой спиртовой раствор, имеющий в своем составе какой-либо краситель. Идеальным вариантом является спиртовой раствор Йода. Он наносится на поверхность полиэтиленовой трубы.

Нанесите йод на поверхность трубы

После 1-2 минут нанесенный раствор нужно попытаться стереть. С трубы, не имеющей защитного слоя, йод можно будет удалить без каких-либо остатков. Поверхность трубы с EVOH прослойкой окрасится в коричневый цвет. Причём йод проникнет под внешний слой и его невозможно будет стереть.

На трубе с EVOH барьером йод впитался. Где диффузионного барьера нет, йод просто стерся

На данный момент существует несколько разновидностей труб защитным слоем EVOH. Разрешить их можно по маркировке:

• PERT / EVOH — трехслойная труба, состоящая из первого слоя полиэтилена клеевой прослойки и последнего третьего защитного слоя кислородного барьера.
• Pex/EVOH/Pex — пятислойная труба, которая состоит из двух слоев, полиэтилена внешнего и внутреннего между которыми расположены две клеевые прослойки и кислородный барьер.

При выборе конкретного изделия лучше отдать предпочтение Pex/EVOH/Pex трубе. Причина состоит в том, что трёхслойная труба не имеет защиты для кислородного барьера, который в процессе перевозки или монтажных действий повреждается и не может выполнять свою функцию. Кроме того, в процессе температурных деформаций PERT / EVOH труба будет тереться о различные конструкционные элементы, в том числе бетонную стяжку. И в течение довольно непродолжительного времени полностью утратит свой защитный барьер.

Внимание! Данный пример подходит только для труб, у который слой EVOH находится на поверхности трубы (наиболее популярный подход).