Проектирование и монтаж
трубопроводов систем отопления с использованием
металлополимерных труб

Design and installation of pipelines for heating
systems using metalpolimeric pipes

ОКС 91.140.10
ОКСТУ 49 3000

5. Монтаж систем отопления из металлополимерных труб

5.1 Монтаж металлополимерных труб должен осуществляться по монтажному проекту при температуре окружающей среды не ниже 10 °С.

5.2 Перед прокладкой металлополимерных труб в помещении необходимо закончить все электрогазосварочные работы, установить элементы крепления, а при открытой прокладке — закончить отделочные работы.

При скрытой прокладке трубопроводов в местах расположения разборных соединений и арматуры следует предусматривать люки или съемные щиты, не имеющие острых выступов.

Стояки целесообразно размещать в каналах, нишах, бороздах, за декоративными панелями или, как исключение, замоноличивать их в стенах и перегородках.

Горизонтальные трубопроводы и подводки к отопительным приборам допускается размещать по перекрытиям и за плинтусами (рисунок 14). Открытые участки можно закрывать декоративными элементами.

а — в отапливаемых помещениях на междуэтажных перекрытиях между квартирами; б — в отапливаемых помещениях на перекрытиях над неотапливаемыми помещениями или в подвале; 1 — покрытие пола; 2 — слой бетона; 3 — слой гидроизоляции; 4 — слой звукоизоляции; 5 — слой теплоизоляции; 6 — трубопровод; 7 — засыпка; 8 — перекрытие; 9 — теплоизоляция трубы

Рисунок 14 — Скрытая прокладка разводящих трубопроводов из металлополимерных труб в полу

Открытая прокладка металлополимерных труб допускается в местах, исключающих их механическое и термическое повреждение и прямое воздействие ультрафиолетового излучения.

5.3 Не допускаются сплющивания и переломы трубопровода во время монтажа.

При изломе трубу следует выпрямить и придать ей цилиндрическую форму деревянным или резиновым молотком. Такую операцию допускается осуществлять только один раз на данном участке.

5.4 Бухты металлополимерных труб, хранившиеся или транспортировавшиеся на монтаж (заготовительный участок) при температуре ниже 0 °С, должны быть перед раскаткой выдержаны в течение 24 ч при температуре не ниже 10 °С.

В процессе размотки бухты и монтажа трубопровода необходимо следить, чтобы труба не перекручивалась.

Прокладку трубы следует вести, не допуская растягивающих напряжений, свободные концы закрывать заглушками во избежание попадания грязи и мусора в трубу.

5.5 Радиус изгиба должен быть не менее пяти наружных диаметров трубы. При изгибе менее 5d_н следует пользоваться спиральной пружиной. Трубы гнут плавно без нагрева, в холодном состоянии.

5.6 При монтаже систем напольного отопления должны выполняться следующие условия:

— отопительные трубы для одного помещения следует изготавливать из целого куска трубы;

— покровный слой тепловой изоляции и гидроизоляция не должен иметь щелей;

— трубы не должны проходить под деформационными швами бетонной заливки, в противном случае они должны иметь защитную оболочку длиной не менее 1 м;

— трубы к теплоизоляции следует крепить с помощью специальных V-образных «якорных» скоб. Допускается прикреплять трубу к металлической сетке проволокой с мягкой прокладкой;

— трубопровод напольного отопления должен заливаться бетонным раствором или закрываться покрытием только после проведения гидравлических испытаний на герметичность. Труба при заливке должна находиться под давлением 0,3 МПа;

— нагреваемая площадь одного змеевика не должна превышать 30 м 2 с максимальной длиной одной из сторон 8 м. Между однородными площадями бетонного покрытия следует делать деформационные швы шириной 0,5 см, которые следует заполнять эластичным материалом. Слой раствора должен быть тщательно выровнен;

— при бетонировании необходимо избегать смещения, вертикального изгиба, сдавливания или повреждения труб;

— минимальная высота заливки над поверхностью трубы должна быть не менее 3 см. Цементно-песчаная смесь должна быть не ниже марки 400 с пластификатором.

5.7 Для прохода труб через строительные конструкции необходимо предусматривать гильзы. Внутренний диаметр гильзы должен быть на 5-10 мм больше наружного диаметра прокладываемой трубы (рисунок 15). Зазор между трубой и гильзой необходимо заделать мягким несгораемым материалом, допускающим перемещение трубы вдоль продольной оси.

Рисунок 15 — Установка гильзы для прокладки труб в стенах и перекрытиях

5.8 Расстояние в свету между строительной конструкцией и металлополимерным трубопроводом, проходящим вдоль нее, должно быть не менее 20 мм.

5.9 Металлополимерные трубы для трубопроводов отопления и горячего водоснабжения следует прокладывать на расстоянии не менее 50 мм выше других трубопроводов.

5.10 Соединение металлополимерных труб со стальными трубопроводами, запорно-регулирующей арматурой и отопительными приборами выполняется на резьбе с помощью специальных соединительных деталей (приложение В, Г).

Входной контроль труб и комплектующих изделий

5.11 До проведения монтажных работ металлополимерные трубы, соединительные детали, арматура и средства крепления должны быть подвергнуты входному контролю.

Трубы, соединительные детали, а также средства крепления должны иметь сопроводительный документ, подтверждающий соответствие их нормативным требованиям.

5.12 Трубы должны иметь маркировку, указывающую диаметр трубы, допустимую температуру и давление. На поверхности труб не должно быть механических повреждений и изломов. Трубы не должны быть скручены или сплющены.

5.13 На штуцерах и накидных гайках соединительных деталей резьба должна быть нарезана в соответствии с ГОСТ 6357, класс прочности В. Сопрягаемые детали не должны иметь выбоин, заусенцев, царапин. Резиновые прокладки должны иметь правильную геометрическую форму.

5.14 Средства крепления металлополимерных труб должны иметь поверхность, исключающую возможность механического повреждения труб. Крепления не должны иметь острых кромок и заусенцев.

Размеры хомутов, фиксаторов, скоб должны строго соответствовать диаметрам труб. Металлические крепления должны иметь мягкие прокладки и антикоррозионные покрытия.

Технология подготовительных работ

5.15 До начала монтажа трубопроводов необходимо выполнить следующие подготовительные операции:

отобрать трубы и соединительные детали, прошедшие входной контроль;

разметить трубу в соответствии с проектом или по месту с учетом припуска на последующую обработку при максимальном использовании материала труб. Разметка труб может быть осуществлена стандартными мерительными инструментами: измерительной линейкой, складным метром, рулеткой, а также специально изготовленным шаблоном и разметочным приспособлением. Риски для отрезки на трубе наносятся карандашом или маркером.

Недопустимо нанесение царапин или надрезов на поверхности трубы.

5.16 Разрезку труб следует производить согласно разметке ножницами, под углом 90° к оси трубы, не допуская смятия трубы и образования заусенцев. Отклонение плоскости реза не должно превышать 5°.

Для устранения погрешностей торцов труб необходимо осуществлять калибровку концов труб с помощью развертки. Овальность торцов труб должна быть не более 1%.

Соединение труб и присоединение к арматуре

5.17 Вариант соединения с обжимной гайкой состоит из следующих операций:

— для изгиба трубы с r

Расстояние между скользящими креплениями

*Для труб «МЕТАПОЛ»

Наружный диаметр трубы
при горизонтальной прокладке	при вертикальной прокладке
До 16	500 1000*	1000 2000*
20	500 1000*	1000 2000*
25	750 1000*	1200 2000*
32	1000*	2400*
40	1000*	2400*
50	1000*	3000

Необходимо предусматривать крепление на поворотах и ответвлениях трубопроводов.

5.23 Распределительные коллекторы и запорно-регулирующую арматуру следует закреплять с помощью самостоятельных неподвижных креплений для устранения передачи усилий на трубопровод в процессе эксплуатации.

5.24 Для закрепления труб рекомендуется применять изделия согласно каталогам фирм — изготовителей труб или иные опоры, применяемые для пластмассовых труб. Возможные способы крепления представлены на рисунках 17, 18.

1 — труба; 2 — фиксатор; 3 — хомут; 4 — шуруп (дюбель)

Рисунок 17 — Крепление труб к стенам и перегородкам

1 — хомут; 2 — труба; 3 — мягкая прокладка; 4 — теплоизоляция; 5 — болт; 6 — гайка; 7 — подвеска; 8 — кронштейн

Рисунок 18 — Крепление трубопроводов

Испытание системы отопления

5.25 После выполнения монтажных работ следует провести испытание системы на герметичность при давлении, превышающем рабочее в 1,5 раза, но не менее 0,6 МПа, при постоянной температуре воды.

5.26 При подготовительных работах перед гидравлическим испытанием системы необходимо:

— отключить (временно снять) предохранительные клапаны, регулировочные клапаны, датчики и др., если допустимое давление указанной арматуры меньше величины пробного давления по 5.25;

— отключенные элементы заменить заглушками или запорными клапанами, допустимое давление для которых больше величины пробного давления;

— подключить к системе манометр с точностью измерения 0,01 МПа.

5.27 Систему следует заполнить водой медленно при открытых воздухоспускных устройствах во избежание образования воздушных пробок.

5.28 Гидравлические испытания необходимо проводить при постоянной температуре в два этапа:

1-й этап — в течение 30 мин дважды поднимать давление до расчетной величины через каждые 10 мин. В последующие 30 мин падение давления в системе не должно превышать 0,06 МПа;

2-й этап — в последующие 2 ч падение давления (от давления, достигнутого на 1-м этапе) не должно быть больше, чем на 0,02 МПа.

5.29 Гидравлическое испытание системы напольного отопления необходимо проводить до заливки трубопроводов бетоном (раствором).

5.30 Тепловое испытание напольных систем отопления из металлополимерных труб следует осуществлять после того, как бетон окончательно затвердеет, т.е. через 20-28 дн. Испытания следует начинать с температуры теплоносителя 25 °С с ежедневным увеличением температуры на 5°С до тех пор, пока она не будет соответствовать проектной величине.

5.31 Слесари-сантехники, производящие ремонт, должны быть ознакомлены со свойствами металлополимерных труб и технологией их обработки.

5.32 При замене труб во время ремонта не допускается ставить трубы меньшего диаметра, чем заменяемые трубы.

5.33 В случае повреждения участка трубопровода целесообразно вырезать поврежденный участок. Замена производится с помощью отрезка трубы нужной длины, соединяемого с трубопроводом специальными соединительными деталями. Поврежденный участок трубы монтируется при помощи 2 соединений с накидной гайкой через ниппель с уплотнением резьбовой части или двухсторонних соединений с обжимной гайкой и обжимным кольцом без уплотнения резьбовой части.

5.34 При проведении сварочных или иных огневых работ в местах возможного термического или механического повреждения труб необходимо ставить ограждения.

5.35 Для очистки наружной поверхности труб следует применять материал, исключающий механические повреждения.

5.36 При замерзании системы наличие пробок в трубе можно определить по местному увеличению диаметра (расширению) трубы или по слою инея и льда на поверхности. Прогревать трубу следует теплым воздухом или горячей водой температурой до 90 °С. Категорически запрещается использовать открытое пламя и обстукивать трубы молотком. При первой возможности следует заменить поврежденный отрезок трубы.

5.37 При ослаблении заделки между трубой и гильзой, проходящей через строительные конструкции, необходимо её уплотнить герметиком из негорючих материалов.

Применение полимерных труб в системах отопления

В. И. Сасин, канд. техн. наук, член президиума НП «АВОК»

В последние годы повсеместно, в том числе и в России, в качестве теплопроводов систем отопления широко применяются трубы из полимерных материалов (моно- и металлополимерные). В отечественных условиях эксплуатации температурные границы их использования ограничены СНиП [1], согласно которому максимальная температура теплоносителя в расчетном режиме не должна превышать 90 °C. При определении этой температуры специалисты ссылаются на известные графики зависимости прочностных характеристик полимерных труб от температуры и избыточного давления теплоносителя. Заметим, что эти графики, как правило, относятся к режимам работы систем горячего водоснабжения, т. е. к условиям постоянства температуры и давления в трубах, а в системах отопления, как известно, эти параметры переменны. По этой причине, согласно ряду данных, такие графики не следует однозначно распространять на системы отопления.

Однако и ограничения по температуре в 90 °C достаточно жестко определяют возможности использования полимерных труб. В традиционных отечественных системах отопления, по нашему мнению, для стояков и подводок следует ограничиться металлополимерными трубами, а монополимерные применять лишь в низкопотенциальных системах отопления и при оснащении теплых полов. Эта рекомендация определяется, в частности, значительными линейными удлинениями монополимерных труб, в 13–15 раз большими, чем температурные удлинения у стальных труб. Это обстоятельство приводит к ухудшению дизайна отапливаемых помещений при открытой прокладке полимерных теплопроводов. Отметим, что даже при прокладке их в специальных каналах зачастую не обеспечивается надежная сохранность облицовки этих каналов в период эксплуатации. Известно, что при использовании металлополимерных труб их линейные удлинения больше, чем у стальных, в 2,5–3 раза. Однако и такие удлинения следует обязательно учитывать при проектировании систем отопления.

Проблема компенсации линейных удлинений полимерных теплопроводов в системах отопления осложняется запретом на установку в таких системах традиционных компенсаторов, например сильфонных: приходится использовать «естественные условия» (отводы, повороты и т. п.), которых зачастую не хватает для надежного снятия линейных удлинений труб. На рис. 1 и 2 показаны рекомендуемые решения устройства компенсаторов, а также замыкающих участков в однотрубных системах отопления с полимерными теплопроводами.

Компенсация линейного удлинения полимерных теплопроводов

Монтаж радиаторных узлов с металлополимерными трубами в однотрубных системах отопления

Следует отметить, что за рубежом для устранения значительной части «температурных» проблем при использовании полимерных теплопроводов были снижены расчетные параметры теплоносителя в системах отопления жилых зданий с 90–70 °C до 75–65 °C и намечается их дальнейшее снижение.

В отечественной практике, часто в рекламных целях, предлагается пренебречь теплоотдачей стояков и подводок из полимерных теплопроводов из-за низкой теплопроводности полимеров, якобы выполняющих роль теплоизоляции. Рассмотрим этот вопрос подробнее на примере расчета теплового потока через цилиндрическую стенку (рис. 3а) на основе зависимостей, приведенных в учебнике «Теплопередача» [2].

Схема металлополимерной трубы для расчета теплопередачи через цилиндрическую стенку (алюминиевая труба-оболочка условно показана пунктиром) а – без изоляции; б – с изоляцией

Учитывая, что коэффициент теплопроводности алюминиевой оболочки (205 Вт/(м·К)) многократно превышает коэффициент теплопроводности полимерного материала (для примера – полиэтилена) и клеевой основы (0,45 Вт/(м·К)), а отработанная технология производства таких труб обеспечивает качественный контакт полиэтилена с алюминиевой трубой, можем рассматривать такую трубу с допустимой для практических расчетов погрешностью как монолитную полимерную с внутренним диаметром d_в, наружным диаметром d, толщиной стенки трубы δ с постоянным коэффициентом теплопроводности λ = 0,45 Вт/(м·К). Через трубу проходит вода с температурой t_в, причем эффективность теплоотдачи от воды к внутренней поверхности стенки с температурой определяется значением коэффициента внутренней теплоотдачи α_вн (в теплопроводах систем отопления в зависимости от скорости воды обычно α_вн = 500–3000 Вт/(м 2 ·К)), а снаружи при температуре наружной стенки t_с определяется коэффициентом наружной теплоотдачи α, характеризующим суммарный эффект конвективного и радиационного переноса теплового потока в отапливаемое помещение с расчетной температурой воздуха t_вз. Обычно для вертикальных стояков высотой около 3 м при характерных для α= 14…18 Вт/(м 2 ·К).

Тепловой поток Q от трубы длиной L, м, определяется формулой:

(1)

Покажем на примере возможность приближенной оценки теплопотерь полимерной трубы с помощью формулы (1).

Задавшись температурным напором Θ = t_в–t_вз = 70 °C, длиной трубы L = 1 м, ее наружным и внутренним диаметрами d = 0,02 м и d_в = 0,016 м, наиболее характерными условиями теплоотдачи α = 15 Вт/(м 2 ·К) и α_вн = 1000 Вт/(м 2 ·К), при λ = 0,45 Вт/(м·К), по формуле (1) получим Q = 60,4 Вт, что практически совпадает с теплоотдачей стальных вертикальных гладких окрашенных масляной краской труб того же наружного диаметра, которая приведена в качестве приложения во всех рекомендациях ООО «Витатерм» по применению отопительных приборов, например в [3].

Из приведенного примера видно, что основным термическим сопротивлением является сопротивление наружной теплоотдаче. Термическое сопротивление полимерной гладкой трубы, несмотря на низкое значение коэффициента теплопроводности, существенно меньше и не превышает 10 % общего термического сопротивления. И, наконец, влиянием эффективности внутреннего теплообмена α_вн можно пренебречь и поэтому считать, что при рассмотренных диаметрах труб их теплоотдача практически не зависит от характерных для систем отопления расходов воды.

При использовании изоляции (рис. 3б) формула (1) принимает вид

(2)

где d_из – наружный диаметр изоляции (внутренний диаметр изоляции теоретически совпадает с наружным диаметром трубы), м;
λ_из – коэффициент теплопроводности изоляции, Вт/(м·К).

Формула (2) справедлива при условии идеального контакта наружной поверхности трубы с изоляцией. При накладной изоляции обычно это условие не соблюдается и воздушная прослойка играет роль дополнительного слоя изоляции.

Расчеты, проведенные нами по формуле (2) применительно к характерным диаметрам полимерных труб, показали, что так называемый КПД изоляции составляет около 50 % при коэффициенте теплопроводности изоляции λ_из = 0,05 Вт/(м·К) и около 70 % при λ_из = 0,1 Вт/(м·К), очевидно, в этих случаях на теплоотдачу труб вводятся поправочные коэффициенты 0,5 или 0,7. Такое относительно слабое влияние изоляции связано с тем, что с ростом изоляционного слоя уменьшается коэффициент теплопередачи К от воды к воздуху, но увеличивается площадь наружной теплоотдающей поверхности F пропорционально отношению d_из/d,

Согласно результатам наших испытаний труб с различными типами изоляции (повторяем, что при неплотном контакте труб с изоляцией воздушная прослойка улучшает ее эффект), мы не отмечали КПД изоляции меньше 40 % (поправочный множитель на температуру труб не менее 0,4).

Поскольку задача определения α и α_вн сама по себе очень сложная и расчеты по формулам (1) и (2) носят все-таки приближенный характер, были проведены определительные тепловые испытания металлополимерных труб «KITEC» [4] при различных условиях их размещения в изотермической камере отдела отопительных приборов и систем отопления ОАО «НИИсантехники», согласно ГОСТ Р 53583–2009 [5].

Результаты испытаний, проведенных в ООО «Витатерм» [4], представлены в табл. 1 в виде зависимости линейной плотности теплового потока q, Вт/м, от температурного напора Θ, °C, при горизонтальном расположении открыто проложенных труб на высоте 100 мм от пола, а в табл. 2 – то же при условно вертикальном расположении труб на расстоянии 25 мм от стены.

При испытанных диаметрах труб разница тепловых потоков горизонтальных и вертикальных труб не столь значительна (11–17 %), как у стальных труб (25–28 %), что объясняется частично некоторым дополнительным увеличением теплоотдачи вертикальных металлополимерных труб из-за их небольшой деформации (отклонения от строгой вертикали) при повышении температуры вследствие, как указывалось, несколько большего, чем у стальных труб, линейного расширения. В среднем тепловой поток труб q, Вт/м, зависит от фактического температурного напора Θ, °C, в степени 1,2, т. е.:

(3)

где с – коэффициент, принимаемый для различных диаметров труб в зависимости от их ориентации по столбцу «0» в табл. 1 и 2 при Θ = 70 °C, Вт/м;
Θ – фактическая разность среднеарифметической температуры теплоносителя в трубе и расчетной температуры воздуха в помещении, °C;
70 – нормативная разность температур (температурный напор), °C.

Следует отметить, что чем меньше наружный диаметр теплопроводов, тем меньше разница в теплопередаче горизонтальных и условно вертикальных полимерных труб.

Полезный тепловой поток открыто проложенных вертикальных и горизонтальных у пола металлополимерных труб учитывается обычно в пределах 50–100 % от приведенного в табл. 1 и 2. При открытой прокладке горизонтальных труб под потолком рекомендуется учитывать 70–80 % их расчетного теплового потока с учетом его радиационной составляющей.

При экранировании открытого стояка из полимерных труб металлическим экраном общий тепловой поток вертикальных труб снижается в среднем на 25 %.

При скрытой прокладке труб в глухой борозде можно принимать, что общий тепловой поток снижается на 50 %, а при скрытой прокладке в вентилируемой борозде – уменьшается на 10 %.

Общий тепловой поток одиночных труб, замоноличенных в междуэтажных перекрытиях отапливаемых помещений и во внутренних перегородках из тяжелого бетона (λ_бет ≥ 1,8 Вт/(м·°C), ρ_бет ≥ 2000 кг/м 3 ), увеличивается в среднем в 2,2 раза (при оклейке стен обоями в 2 раза) по сравнению со случаем открытой установки, причем полезный тепловой поток при расположении труб на расстоянии 30 см и менее от наружной стены составляет в среднем 95 % от общего (в каждое из смежных помещений поступает половина полезного теплового потока).

Общий тепловой поток от одиночных труб в наружных ограждениях из тяжелого бетона (λ_бет ≥ 1,8 Вт/(м·°C), ρ_бет ≥ 2000 кг/м 3 ) увеличивается в среднем в 1,8 раза (при оклейке стен обоями в 1,6 раза), причем полезный тепловой поток при наличии теплоизоляции между трубой и наружной поверхностью стены составляет в среднем 90 % от общего.

При скрытой прокладке одиночных труб, замоноличенных в легком бетоне с пластификатором, поправочные коэффициенты на тепловой поток труб, приведенный в табл. 1 и 2, принимаются в пределах 1,1–1,15.

Таблица 1 Тепловой поток 1 м открыто проложенных горизонтальных металлополимерных труб

dвн/ dнар, мм dу, мм Θ, °С Тепловой поток 1 м трубы q, Вт/м, при Θ, °C, через 1 °C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12/16 16 30 20,5 21,4 22,2 23,0 23,9 24,7 25,6 26,4 27,3 28,2 16/20 20 24,8 25,8 26,8 27,8 28,8 29,9 30,9 31,9 33,0 34,0 20/25 25 29,4 30,6 31,8 33,0 34,2 35,4 36,6 37,8 39,1 40,3 12/16 16 40 29,0 29,9 30,8 31,6 32,5 33,4 34,3 35,2 36,1 37,0 16/20 20 35,0 36,1 37,2 38,2 39,3 40,4 41,4 42,5 43,6 44,7 20/25 25 41,5 42,8 44,0 45,3 46,6 47,8 49,1 50,4 51,7 53,0 12/16 16 50 37,9 38,8 39,8 40,7 41,6 42,5 43,4 44,4 45,3 46,3 16/20 20 45,8 46,9 48,0 49,1 50,2 51,4 52,5 53,6 54,7 55,9 20/25 25 54,3 55,6 56,9 58,2 59,5 60,9 62,2 63,5 64,9 66,2 12/16 16 60 47,2 48,2 49,1 50,0 51,0 52,0 52,9 53,9 54,9 55,8 16/20 20 57,0 58,2 59,3 60,4 61,6 62,8 63,9 65,1 66,2 67,4 20/25 25 67,6 68,9 70,3 71,6 73,0 74,4 75,8 77,1 78,5 79,9 12/16 16 70 56,8 57,8 58,8 59,7 60,7 61,7 62,7 63,7 64,7 65,7 16/20 20 68,6 69,8 71,0 72,1 73,3 74,5 75,7 76,9 78,1 79,3 20/25 25 81,3 82,7 84,1 85,5 86,9 88,3 89,7 91,2 92,6 94,0 12/16 16 80 66,7 67,7 68,7 69,7 70,7 71,7 72,7 73,7 74,8 75,8 16/20 20 80,5 81,7 82,9 84,2 85,4 86,6 87,8 89,0 90,3 91,5 20/25 25 95,4 96,9 98,3 99,7 101,2 102,6 104,1 105,5 107,0 108,4

При прокладке труб в стандартных штробах, полностью заполненных самотвердеющей пенистой изоляцией, тепловой поток труб увеличивается на 15–20 % в случае размещения в наружных стенах и на 5–10 % – при размещении во внутренних перегородках.

Следует учитывать, что приведенные в табл. 1 данные о теплопередаче моно- и металлополимерных труб можно принять в качестве средних для большинства аналогов при их горизонтальной прокладке, т. к. возможные отклонения от «горизонтальности» при характерных для систем отопления температурах теплоносителя (50–90 °C) и его скорости (0,5–1 м/с) мало отражается на эффективности теплопередачи. В то же время при вертикальной прокладке монополимерных труб при тех же условиях они будут заметнее отклоняться от «вертикальности», чем металлополимерные. Поэтому теплопередача условно вертикальных монополимерных труб, согласно нашим предварительным данным, отличается от теплопередачи горизонтальных труб не на 11–17 %, а всего лишь на 5–7 %, и будет соответственно выше значений, приведенных в табл. 2.

Таблица 2 Тепловой поток 1 м открыто проложенных вертикальных металлополимерных труб

dвн/ dнар, мм dу, мм Θ, °C Тепловой поток 1 м трубы q, Вт/м, при Θ, °C, через 1 °C 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 12/16 16 30 18,5 19,2 20,0 20,7 21,5 22,2 23,0 23,8 24,6 25,3 16/20 20 21,8 22,7 23,6 24,5 25,4 26,3 27,2 28,1 29,0 29,9 20/25 25 25,3 26,3 27,3 28,4 29,4 30,4 31,5 32,5 33,6 34,6 12/16 16 40 26,1 26,9 27,7 28,5 29,3 30,1 30,9 31,7 32,5 33,3 16/20 20 30,8 31,8 32,7 33,6 34,6 35,5 36,5 37,4 38,4 39,3 20/25 25 35,7 36,8 37,9 39,0 40,0 41,1 42,2 43,3 44,4 45,6 12/16 16 50 34,1 35,0 35,8 36,6 37,4 38,3 39,1 40,0 40,8 41,6 16/20 20 40,3 41,3 42,2 43,2 44,2 45,2 46,2 47,2 48,2 49,2 20/25 25 46,7 47,8 48,9 50,1 51,2 52,3 53,5 54,6 55,8 56,9 12/16 16 60 42,5 43,3 44,2 45,0 45,9 46,8 47,6 48,5 49,4 50,2 16/20 20 50,2 51,2 52,2 53,2 54,2 55,2 56,2 57,3 58,3 59,3 20/25 25 58,1 59,3 60,4 61,6 62,8 64,0 65,2 66,3 67,5 68,7 12/16 16 70 51,1 52,0 52,9 53,8 54,6 55,5 56,4 57,3 58,2 59,1 16/20 20 60,4 61,4 62,4 63,5 64,5 65,6 66,6 67,7 68,7 69,8 20/25 25 69,9 71,1 72,3 73,5 74,7 76,0 77,2 78,4 79,6 80,8 12/16 16 80 60,0 60,9 61,8 62,7 63,6 64,5 65,4 66,4 67,3 68,2 16/20 20 70,8 71,9 73,0 74,1 75,1 76,2 77,3 78,4 79,4 80,5 20/25 25 82,1 83,3 84,5 85,8 87,0 88,3 89,5 90,8 92,0 93,3

В отечественной практике реклама применения полимерных труб в значительной мере ориентирована на их крайне малые значения эквивалентной шероховатости 0,0003–0,001 мм, которые многократно меньше расчетной эквивалентной шероховатости стальных труб (0,2 мм).

Даются рекомендации, что для повышения экономической эффективности использования полимерных труб целесообразно уменьшить на следующий размер расчетный диаметр теплопровода при замене стального на полимерный. При экспертных оценках таких «решений», проведенных ООО «Витатерм», было отмечено, что замена стальных труб, например, условным диаметром 20 мм, на следующий размер полимерных – 16 мм фактически приводит к уменьшению внутреннего диаметра труб не на один, а на два размера (не до 16, а до 12 мм), т. к. у стальных труб условный диаметр характеризует их внутренний размер, а у полимерных – наружный. Ситуация осложняется и дополнительным гидравлическим сопротивлением мест соединения теплопроводов (особенно у металлополимерных труб с использованием пресс-фитингов), т. к. в этих местах нарушается постоянство диаметра теплопровода по ходу теплоносителя. И, наконец, еще одно обстоятельство, которое практически не учитывается при гидравлических расчетах систем отопления, а именно: отмеченное выше «искривление» полимерных труб при подаче горячего теплоносителя относительно прямолинейности, обеспечиваемой при их монтаже.

По данным ООО «Витатерм» «извилистость» полимерных стояков увеличивает гидравлическое сопротивление на 5–10 %.

В ООО «Витатерм» для оценки реальных условий эксплуатации полимерных теплопроводов были проведены гидравлические испытания металлополимерных труб «KITEC» [4], принятых в качестве представительных. Эти испытания проведены согласно методике НИИсантехники [6]. Она позволяет определять значения приведенных коэффициентов местного сопротивления ζ_ну и характеристик сопротивления S_ну при нормальных условиях (при расходе воды через прибор 0,1 кг/с или 360 кг/ч) после периода эксплуатации, в течение которого коэффициенты трения мерных участков стальных новых труб на подводках к испытываемым элементам системы отопления достигают значений, соответствующих коэффициенту трения стальных труб с эквивалентной шероховатостью 0,2 мм, принятой в качестве расчетной для стальных теплопроводов отечественных систем отопления.

Согласно эксплуатационным испытаниям отопительного оборудования, проведенным ООО «Витатерм», гидравлические показатели этого оборудования и теплопроводов, определенные по упомянутой методике [6], в среднем соответствуют трехлетнему сроку их эксплуатации в отечественных системах отопления.

Гидравлические испытания полимерных теплопроводов KITEC проводились после достаточно длительных их тепловых испытаний в изотермической камере ОАО «НИИсантехники» [5]. Было отмечено, что на внутренних стенках полимерных труб образовался слабый гладкий налет следов коррозии от стальных элементов экспериментального стенда, который на 10–15 % увеличил гидравлические показатели чистых труб, т. е. эквивалентная шероховатость полимерных труб оказалась заметно выше паспортной, приводимой изготовителем.

Наличие подобного налета наблюдалось нами и при анализе внутренней поверхности полимерных труб, эксплуатировавшихся в реальных системах отопления.

При проводимых ООО «Витатерм» экспертных оценках аварийных ситуаций в системах отопления с полимерными трубами в ряде случаев было отмечено «рыхление» внутренней поверхности этих труб при использовании теплоносителя с большим количеством абразивных твердых веществ. Испытания образцов полимерных труб из таких систем отопления показали еще большее увеличение гидравлических показателей по сравнению с данными для чистых труб.

В тоже время следует учитывать, что при скоростях воды в трубах, соответствующих ламинарному и частичному переходному режимам течения, гидравлические характеристики труб из разных материалов практически совпадают. Поэтому рекомендовать снижение диаметра труб при указанных режимах течения теплоносителя не допускается.

В работе [4] приведены данные об удельных перепадах давления R, Па/м, в зависимости от массного расхода воды через трубу М, кг/с, при средней температуре горячей воды 70 °C. В среднем для испытанных труб при расходах теплоносителя М = 0,03…0,1 кг/с, d_вн = 12 мм значения R находятся в пределах 109…951 Па/м, при d_вн = 16 мм R = 28…239 Па/м и при d_вн = 20 мм R = 10…83 Па/м. Отмечена неквадратичность значений R от расхода теплоносителя М: при d_вн = 12 мм R = 6·10 4 ·М 1,8 , при d_вн = 16 мм R = 1,41·10 4 ·М 1,77 , при d_вн = 20 мм R = 0,47·10 4 ·М 1,75 . После образования на трубах пленки следов коррозии режим течения стабилизировался и рост перепада давления при М_idem прекратился. При средней температуре воды, отличной от 70 °C, рекомендуется вводить поправочный коэффициент Ψ на значения R, полученные при 70 °C, по формуле:

(4)

где R_t – удельный перепад давления при средней температуре воды в пределах от 10 до 90 °C и расходе М, Па/м.

Значения Ψ в зависимости от средней температуры воды в теплопроводах можно принимать по табл. 3.

Таблица 3 Поправочный коэффициент Ψ на температуру воды

Фактическая средняя температура воды в трубах, °C 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Значение Ψ 0,95 0,98 1 1,02 1,05 1,1 1,14 1,2 1,25

В ходе исследований ООО «Витатерм» отмечено, что гидравлические характеристики полимерных труб, развернутых из рулона, зависят от качества размотки, поэтому при укладке труб из рулона рекомендуется использовать специальное устройство с целью обеспечения соответствия гидравлических характеристик труб паспортным.

Следует учитывать, что полимерные трубы, залитые в бетон, при пропуске через них горячей воды, изменяют свой внутренний диаметр. Это приводит к увеличению гидравлического сопротивления такой трубы в среднем на 10 %.

При выполнении отводов, особенно малых радиусов, возможно образование овальности труб. Согласно данным ООО «Витатерм», овальность, т. е. отношение разности большего и меньшего внутренних диаметров труб к номинальному значению диметра круглой трубы, умноженное на 100 %, в пределах до 25 % не ухудшает гидравлические характеристики отводов и калачей, а в пределах 18–23 % даже их немного уменьшает.

В заключение укажем, что актуальные проблемы монтажа и эксплуатации систем отопления с использованием полимерных теплопроводов требуют отдельного рассмотрения и представлены, в частности, в работах [7, 8].

Таким образом, при использовании полимерных труб в системах отопления следует учитывать в полной мере их тепловые характеристики и не пренебрегать гидравлическими показателями. Для этого необходимо учитывать рекомендации ООО «Витатерм», приведенные в данной статье.