Предварительный расчет теплового расширения полипропиленовых труб

Расширение полипропиленовых труб – явление, которое возникает значительно чаще, чем у труб из стали. К тому же, у полипропилена такой эффект более выражен в длине. О расширении полипропиленовых труб для отопления, собственно, и пойдет речь в данной статье.

При укладке труб очень важно учитывать такое свойство как расширение, иначе через некоторое время случится деформация, а герметичность всей системы нарушится.

Стоит отметить, что в системах с подачей холодной воды, где ее температура имеет низкие показатели, коэффициент теплового расширения не учитывается. Это актуально только для систем с подачей горячей воды и отопления, в значительной степени – для особо длинных магистралей.

Зависимость структуры материала от воздействия температуры

Невзирая на то, изделия из полипропилена могут функционировать в условиях 170 ℃, размягчение материала происходит уже при достижении 140 ℃.

При монтировании таких труб в стены, с течением времени это может начать ее разрушать. Такого эффекта нет у труб из армированного материала, но последний имеет иной недостаток – труба может лопнуть.

Величины коэффициента теплового расширения

Стоит принимать во внимание, что армированные трубы имеют более высокий коэффициент теплового расширения в сравнении с неармированными изделиями.

Если не брать во внимание расширение ПП труб, вследствие воздействия высоких температур может сорвать крепежные клипсы, а на ровном отрезке магистрали может образоваться синусоидальное деформирование труб.

На таких участках скапливается воздух и уменьшается пропускная способность. В системах обогрева в таком случае снижается температура радиаторов, и разрушаются соединения.

У неармированных полипропиленовых труб коэффициент теплового расширения равняется 0,1500 мм/мК, а у изделий с дополнительным стекловолоконным армированием – 0,03-0,05 мм/мК. Естественно, что разница явная, и пренебрегать ею во время проведения работ не стоит.

Как показывает практика, ПП труба длиной 5 м под воздействием тепла увеличивается где-то на 11-17 мм.

Линейное расширение армированных полипропиленовых труб

У полипропилена значительные показатели коэффициента теплового расширения. Под воздействием высоких температур труба деформируется, что в большой степени негативно влияет на внешний вид помещения.

Для снижения линейного увеличения и улучшения прочности такие трубы армируют стекловолокном или алюминием.

Бывает несколько типов армирования. Вариант армирования алюминием осуществляют тремя способами: во внешнюю стенку изделия добавляют цельный слой алюминиевого листа; слоем алюминия усиливают внутреннюю стенку; армирование листом перфорированного алюминия (подробнее: «Как изготавливается труба армированная алюминием – возможные способы армирования полипропиленовых труб»).

Любое армирование при помощи алюминиевой фольги подразумевает применение нескольких слоев материала, склеенных между собой. Нередко это становится причиной того, что материал со временем начинает расслаиваться, что сильно влияет на качество проводимых работ.

Более надежным считается армирование труб при помощи стекловолокна (детальнее: «Характеристики труб армированных стекловолокном и способы их монтажа»). Этот слой располагается между слоями полипропилена. Получается три слоя материала, это не дает трубам в будущем деформироваться.

Коэффициент линейного расширения полипропиленовых труб с армированием и без представлен ниже:

• Неармированные трубы имеют показатели 0,15 мм/мК, что составляет в пределах 10 мм на 1 м при температуре в 70 ℃.
• Алюминиевое армирование позволяет сократить показатели до 0,03 мм/мК. При этом линейное удлинение полипропиленовых труб составляет порядка 3 мм на 1 метр.
• При армировании стекловолокном показатели находятся на уровне 0,035 мм/мК.

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.

Вычисление коэффициента

Коэффициент теплового расширения полипропиленовых труб для отопления определяется используемым материалом. Существуют специальные формулы для проведения расчетов и недопущения неудобств во время монтажа системы.

Чтобы высчитать возможную деформацию труб в сантиметрах, нужно узнать коэффициент их расширения и длину. Рабочей температурой считают комнатную.

Сперва узнают разницу температур, затем ее умножают на длину трубы. Результат умножают на коэффициент расширения.

Приблизительный расчет

Если после проведения расчетов коэффициент равняется 20 мм, то это значит, что в процессе функционирования отопительной системы расширение полипропиленовых труб армированных стекловолокном достигнет 2 см. То есть при прокладке магистрали эти показатели в любом случае потребуется учесть.

Избавиться от лишних сантиметров можно так:

• осуществить монтаж под прямым углом;
• можно добавить несколько петлеобразных деталей;
• произвести укладку труб П-образным способом.

Если вы сомневаетесь в правильности выбора материала, и в том, корректно ли произведены расчеты удлинения полипропиленовых труб при нагреве, можно доверить такую работу профессионалам.

Полипропиленовые трубы с каждым днем становятся все популярнее. Они недорогие, их легко укладывать. Немаловажным фактором для создания качественной магистрали является бдительный выбор материала. Приобретаемый товар должен быть максимально качественным.

Не лишним будет перед покупкой посоветоваться со знакомым сантехником. Непосредственно при выборе труб осматривайте их на возможные повреждения и трещины. И не забывайте о типе выбираемых изделий.

Линейное расширение при монтаже трубопроводов из полипропиленовых труб

Пластиковые трубы имеют множество преимуществ перед металлическими, однако пластиковая трубопроводная арматура имеет свои особенности, которые нужно учитывать при проектировании и монтаже внутридомовых инженерных систем. Речь идет о температурном или линейном расширении.

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.

Расчет коэффициента расширения для различных видов труб

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

• 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.

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 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.

Компенсатор Козлова

Существует также новый вид устройства, названный в честь своего разработчика – компенсатор Козлова. Это более компактное устройство, внешне напоминающее участок трубопровода из полипропилена.

Внутри компенсатора находится пружина, которая поглощает энергию расширения труб в пределах участка, сжимаясь при нагреве воды и расширяясь при остывании. Преимущество компенсатора Козлова перед другими видами приспособлений – более легкий и простой монтаж, а также сокращение расхода арматуры.

В отличие от петлеобразного участка, при монтаже компенсатора Козлова достаточно соединить участок труб фланцевым или сварным способом.