Тръбни системи за отоплителни инсталации

Основни характеристики на използваните тръби

В последните години пазарът на тръби у нас е повлиян силно от техническото развитие в областта. Навлизането на полимерните материали при производството на тръби позволи решаването на редица проблеми, характерни за традиционно използваните метални тръби като податливост към корозия, образуване на накип, химическа активност и др. Както във водоснабдителните и канализационните инсталации, така и в отоплителните инсталации тръбите от изкуствени материали все повече изместват металните тръби. Сред предлаганите решения са и тръби, съчетаващи метал с пластмасово покритие, при които недостатъците на двата материала се компенсират като се използват предимствата на всеки от тях.

Специфики на тръбите от изкуствени материали
Гамата от изкуствени материали, използвани за производството на тръби, непрекъснато се разширява. Основните им предимства са ниските хидравлични съпротивления от триене, лесният монтаж, особено при полагане на по-дълги участъци или при навиване на серпентини за лъчисти отопления и значително по-малките топлинни загуби. Друго тяхно предимство е дългият експлоатационен срок, обикновено не само достигащ, но и прехвърлящ 50 години. Тези тръби не са податливи на корозия поради невъзможността на полимерите да встъпват в електрохимически реакции. Те са екологично чисти и имат малко тегло. Монтажът им е бърз и лесен с възможност както за скрито, така и за външно полагане.
Сред най-познатите и разпространени материали са: омреженият полиетилен, кополимерният пропилен (РР) или полибутанът (РВ). Тези тръби се характеризират с висок коефициент на линейно разширение 0,15 - 0,20 mm/(mK), ниска топлопроводност l = 0,3 - 0,4 W/(mK), специфична маса 850 - 900 kg/m3 и малък специфичен топлинен капацитет с = 1,7 - 2,1 kJ/(kgK). Те са леки и с висока гладкост на вътрешните стени (грапавостта е e = 0,015 mm).

Гъвкави и твърди тръби
Обикновено тръбите от изкуствени материали се класифицират в две основни групи - гъвкави и твърди.
Гъвкавите тръби се огъват без особени усилия и обикновено се доставят на рулони с дължина от 50 до 150 m. Използват се предимно за радиаторни връзки при комбинираните системи и като серпентини при лъчистото отопление.
Твърдите тръби се използват предимно за разпределителните мрежи и щранговете на инсталациите. За прилагането им са необходими фасонни части, включително: колена, тройници и кръстачки за формиране на тръбната мрежа. Подходящи са за щрангове и разпределителни мрежи.
Свързването на тръбите от изкуствени материали обикновено се реализира чрез залепване, заваряване, с муфи или други фасонни части. Преходите към други метални елементи се осъществяват посредством холендрови съединения, уплътнени с прорезни пръстени или пластична деформация на краищата на тръбата.

Ограничения по отношение на температурата на топлоносителя
За да се гарантира дългият експлоатационен срок на тръбите от изкуствени материали в отоплителните инсталации е необходимо изборът им да бъде съобразен с температурата на топлоносителя. Тръбите, използвани при конвективно отопление следва да бъдат устойчиви за продължителен период от време на температури в диапазона 90 - 95 оС, а при ниско температурно отопление - на 60 оС. Също така е необходимо тръбите за кратък период от време да са устойчиви на температури от порядъка на 100 - 110 оС, при конвективно отопление и 90 оС - при нискотемпературно лъчисто отопление. Сред основните изисквания са и ниска пропускателна способност на кислород и работно налягане при експлоатационни температури минимум 0,3 МРа (3 bar).

Проблемите, дължащи се на дифузията
Ограниченията по отношение на температурата са сред основните предпоставки обикновените тръби да се приемат като неподходящи за отоплителни инсталации. Обикновените полимерни материали също пропускат през стените си молекули на кислорода, чрез дифузия. Дифузионните процеси са силно зависими от температурата и оказват негативно влияние върху корозионните процеси на стоманените елементи от инсталацията. Използването на подобни тръби налага предприемането на защитни мерки срещу корозията като добавяне на инхибитори в топлоносителя. Препоръчително е в инсталацията да се използват само елементи от цветни метали и да се формират независими циркулационни кръгове за отделяне на стоманените елементи.
Тръбите с ограничена дифузия на кислород през стените обикновено са с многослойна структура на стената, като един от пластовете е от полимерен материал или от алуминиево фолио, материали, които са с ниска дифузионна способност и на практика не пропускат кислород. С достатъчно ниска пропускаемост са и тръбите от еднослойни стени с омрежени молекули.
Към недостатъците на всички пластмасови тръби се отнасят големите температурни удължения, по-ниската устойчивост на удар и на механични въздействия. Пластмасовите тръби, също така, са уязвими на ултравиолетова радиация, която намалява надеждността им. Сред недостатъците им се посочва и фактът, че в повечето случаи всеки вид полимер и вид тръба са с отделна технология за монтаж.

Полиетиленови тръби
Тръбите от обикновен полиетилен са слабо устойчиви на високи температури, което ги прави неподходящи за отоплителни инсталации. Тръбите, които се използват в подобни приложения са от омрежен полиетилен. “Омрежването” е процес, при който линейните макромолекули на полиетилена формират напречни връзки помежду си. Целта е да се подобрят топлинните характеристики на полиетилена и да се повиши температурната му устойчивост. Омреженият полиетилен е значително по-устойчив на високи температури, вътрешно налягане и износване вследствие на триене. Омреженият полиетилен е не само с по-добри свойства при високи температури в сравнение с обикновения, но и значително превъзхожда показателите на други полимери, използвани в инсталации за топла вода.
Полиетиленовите тръби са със сравнително дълъг експлоатационен срок. Те са корозионно устойчиви. Физико-химичните свойства на полиетилена позволяват при използването на полиетиленови тръби да не се прилага катодна защита, която е необходима при стоманените тръбопроводи. Полиетиленовите тръби са с висока устойчивост на агресивни среди. Запазват добрата си пропускателна способност по време на експлоатация, а вътрешната им повърхност остава гладка. Леки са и се монтират лесно. Тези тръби са много подходящи за изграждане на подово лъчисто отопление.

Полибутанови тръби
Тръбите от полибутан са еластични, топлоустойчиви и устойчиви на ултравиолетови лъчи. По своите технически характеристики те приличат на полиетиленовите, но са с по-добра топлинна устойчивост. Подходящи са за температури от порядъка на 70 оС. При такава температура експлоатационният им срок е около 50 години. Максималната им температура на експлоатация е 95 оС. Те се използват широко в отоплителните системи и в инсталациите за битово горещо водоснабдяване.

Тръби от полипропилен
Полипропиленът е материал, който притежава много добри физични, химични и термични качества. Той е високо устойчив на корозия и се отличава с висока якост на опън. Има ниска плътност, доста добра твърдост и е устойчив на агресивни среди. Полипропиленът има пренебрежимо ниска абсорбция. Тръбите от полипропилен са с дълъг експлоатационен срок, ниска топлопроводност и висока термоустойчивост (в зависимост от дебелината на стената до 75 оС). Полипропиленовите тръби са много подходящи за системите за топло и студено водоснабдяване, за изграждане на подово лъчисто отопление, както и за отклонения на централната отоплителна система с температура до + 90 °С. Подходящи са за температури от -10°C до + 90 °C като са способни да издържат и кратковременни повишавания на температурата на топлоносителя до 95 - 100 оС. Те се монтират лесно и не са електропроводими. Гладката им вътрешна повърхност се износва малко и не създава условия за образуването на накип и други отлагания. Характеризират се с добри санитарно-хигиени изисквания. При правилна инсталация и последваща експлоатация срокът има на работа в системите за отопление и горещо водоснабдяване е около 25 - 30 години. Замръзването на водата вътре в тръбите не води до тяхното разрушаване. Тръбите от полипропилен имат висока пропускателна способност при ниски загуби на налягане. При горене полипропиленът не отделя токсични вещества и диоксин. Монтажът им е бърз и лесен при температура над 5 оС.

Полибутиленови тръби
Полибутиленовите тръби и фитинги са сравнително нови. Те притежават всички предимства на гъвкавите тръби като неголямо тегло и елементарен монтаж, екологични и устойчиви са на бактериални замърсявания. Не са податливи към образуването на накип и развитието на  корозия. Имат много добри топло- и звукоизолиращи свойства. Полибутиленовите тръби са еластични, удароустойчиви и устойчиви на абразивно износване и пукнатини, поради което не се налага ремонт в процеса им на експлоатация. Не са токсични. При горене се разпадат на въглероден диоксид и водна пара, не отделят хлор и диоксин. Характеризират се с ниска топлопроводност и висока гъвкавост, която позволява създаването на система с всякаква конфигурация. Имат добра температурна устойчивост. Водата вътре в тях може многократно да замръзва и да се размразява, като това не оказва влияние върху свойствата и функционирането на системата. При отрицателни температури до -20 оС тези тръби съхраняват еластичността си. Характеризират се с дълъг експлоатационен срок. Полибутиленовите тръби могат да се използват за изграждане на конвективни отоплителни инсталации с радиатори и за създаването на топли стени и под.
Към предимствата на тези системи се отнася също краткото време за монтаж. Имащи прекрасни експлоатационни характеристики, полибутиленовите тръби не се нуждаят от специални инструменти за монтаж. Съединяването им е ръчно, а здравината на това съединение позволява да издържи на много високи налягания на водата - до 45 атмосфери.

Поливинилхлоридни тръбопроводи ПВХ
Пластмасовите тръби и фитинги от поливинилхлорид (ПВХ) са широко използвани в климатичните и канализационните системи. Характеризират се с висока химическа устойчивост към повечето оксиди и соли, висока стабилност на материала при температури от 20 до 50 °C, механична устойчивост и висока твърдост, както и с нисък коефициент на линейно разширение. Като основни техни предимства се посочва пълната защита от корозия. Те не се окисляват и имат висока удароустойчивост при отрицателни температури. В сравнение с традиционно използваните материали са по-малко склонни към кондензатообразуване. Характеризират се с нисък коефициент на топлопроводност, благодарение на което загубите на енергия през тръбопровода не са големи. Устойчиви са на промените в температурните условия през различните периоди в годината, както и на падове в температурата. Имат сравнително ниска себестойност. Монтират се бързо и са технически надеждни.
Основни недостатъци на тръбопроводите от ПВХ са ниските пределни температури. Тези тръби не се препоръчват за температура над 65 °С. Друг техен недостатък е, че с течение на времето се активизира процесът на отделяне на токсини, в това число на хлороетилен, който е канцероген с широк спектър на действие, което не допуска използването на този материал в системи за подаване на питейна вода. Също така поливинилхлоридните тръби не могат да оправдаят растящите изисквания по отношение на устойчивостта към възможни извънредни ситуации и пожар. Те са горим материал, който при горене отделя отровни газове.

Тръби и фитинги от хлориран поливинилхлорид
Хлорираният поливинилхлорид представлява химически инертен синтетичен материал, разработен за защита от корозия. Тръбите се използват в отоплителни и климатичните системи и т.н. Заради своите химични, физични и антибактериологични свойства, тези тръби и фитинги не оказват вредно въздействие върху водата.
Основно предимства на хлорираният поливинилхлорид е широкият диапазон на работната температура, който е от 0 до 100°С. Работното им налягане е до 16 атмосфери. Тръбите от хлориран поливинилхлорид се характеризират с висока устойчивост на химически агресивни среди, нисък коефициент на топлинно разширение и нисък коефициент на хидравлично съпротивление, гарантиращо минимални загуби на налягане. Те са с висока абразивна устойчивост и оптимални механични характеристики.
При използването им не се наблюдават отлагания върху стените на тръбопровода, отсъства процес на корозия, което съществено удължава експлоатационния срок на тръбопровода и намалява разходите по ремонт.
В сравнение с полипропилена, тръбите от хлориран поливинилхлорид издържат на по-високи налягания при еднаква дебелина на стената, а също така имат много нисък коефициент на топлинно разширение. Монтажът им е лесен и не се налага използването на заваръчно оборудване. Обикновено срокът им на експлоатация е около 50 години.

Тръби с алуминиева вложка
Тези тръби съчетават предимствата на метала и пластмасата, като добрите качества на единия материал компенсират недостатъците на другия материал. По този начин негативните свойства на метала като склонност към корозия и образуване на накип, токсичност, твърдост и високи загуби на налагане се отстраняват чрез използването на полиетиленова тръба, която се поставя от страната на водата. Негативните свойства на пластмасата като способност да пропуска кислород и ултравиолетови лъчи, висока степен на топлинно разширение и неустойчивост се компенсират с използването на алуминиева тръба.
Тези тръби се отличават с много добри топлофизични характеристики - работно налягане до 10 атмосфери, максимална работна температура 95 °С, издръжливост на кратковременно повишаване на температурата до 110 °С в продължение на няколко часа.
Тръбите с алуминиева вложка са подходящи за използване както в отоплителните, така и във водоснабдителните системи. Състоят се от външен и вътрешен слой от омрежен полиетилен и алуминиев слой между тях, който възпрепятства дифузията на кислород. Тези тръби защитават напълно системата от попадане на кислород. Вътрешният полиетиленов слой, поради своята гладкост, осигурява добра пропускателна способност на тръбата.
Полиетиленовият слой на тръбата е устойчив на въздействието на агресивни среди, осигурявайки надеждна защита на алуминиевия слой от влага, кислород и други неблагоприятни фактори. Тези тръби са с висока степен на хигиеничност. Материалите, използвани за изработване на тръбите и съединителните елементи, не са токсични. Тръбата трудно се възпламенява благодарение на вътрешния метален слой. В случаи на възпламеняване димът има много ниска плътност. Друга тяхна специфика е много ниската им топлопроводност. Тя е в пъти по-ниска от тази на медните тръби, например. Те са химически неутрални и не променят качествата на водата. Имат високо шумопоглъщащи свойства.
Техен недостатък е ограничението на диаметъра от 16 до 40 мм, тъй като производството на по-големи диаметри по тази технология се оказва икономически неизгодно. Тръбите с алуминиева вложка не се препоръчват за отоплителни инсталации, в които е възможно замръзване на водата, тъй като това може да доведе до необратими повреди в инсталацията. Характеризират се с опростен монтаж и повишена функционалност на системата. След огъване тръбата запазва предадената й форма. Това й свойство позволява те предварително да се съединят с фитинги и да се доставят на мястото за монтаж. При използване на тръбите с алуминиева вложка в рамките на препоръчителните налягания и температури (налягане до 10 бар, работна температура от 0 до 95°С), те са с достатъчно дълъг експлоатационен срок. Лабораторни изпитвания в условията на изкуствено стареене показват, че експлоатационният им срок може да надвиши 50 години.

Стоманени тръби
Металите, които се използват за изработването на тръби за отоплителни инсталации, са предимно стомана и цветни метали - мед и алуминий.
Сред най-често използваните метали е стоманата, тъй като е подходяща за изработването на всички видове тръбопроводи. Стоманените тръби, използвани в отоплителните инсталации, се характеризират с не много дълъг експлоатационен срок и не висока цена. Деформират се слабо при повишаване на температурата, а устойчивостта им намалява при високи налягания. Като основен недостатък на стоманените тръби се посочва тяхната податливост към корозия, поради което върху стоманените тръби често се нанасят защитни покрития, обикновено от цинк. Тръбите от поцинкована стомана са може би едни от най-познатите и прилагани в практиката. Едновременно тяхно предимство и недостатък, се явява високата им топлопроводност. При използването им в отоплителна инсталация, когато през тях преминава студената вода това е недостатък, тъй като тръбите се “изпотяват”, а това води до възникване на корозионни процеси. Омокрянето на тръбите води до разрушаване на прилежащата към тях стена. За да се избегне този проблем е подходящо върху стоманената тръба да се постави полиетиленова пяна или каучук.
Стоманените тръби, в сравнение с медните и полимерните тръби, се отличават с по-малка пропускна способност, при равни вътрешни диаметри. Това може да се обясни с факта, че вътрешната повърхност на стоманената тръба е грапава, което предизвиква завихряне на потока течност и затруднява неговото придвижване. При експлоатацията на тръбите нарастват продуктите на корозия и другите отлагания, което още повече намалява пропускателната им способност.
Свързването на тръбите се осъществява посредством стоманени фитинги. Не се препоръчва използването на фитинги от друг материал, например от чугун, което е не рядко срещано в практиката, поради разрушаване на антикорозионната защита на тръбата.

Медни тръби
До голяма степен медните тръби са универсални. Медта е много добър материал за създаване на топлопроводи за водно отопление, а също така и за студено и горещо водоснабдяване, което се обуславя от нейните физични и механични свойства. Тя е с добра топло- и електропроводимост и е устойчива към окисление. Характеризира се с висока устойчивост на корозия.
Като предимства на медните тръби се посочва и устойчивостта им на въздействието на хлорирана вода, както и доказаните бактерицидни свойства на медта, благодарение на които се възпрепятства развитието на бактерии по вътрешната страна на тръбите. Медта е много пластичен метал, устойчив на големи натоварвания, осигуряващ висока степен на надеждност. Благодарение на високата пластичност на метала, медният тръбопровод при замръзване на водата в него не се напуква, а леко се разширява, като след размразяването си се възстановява до изходното състояние.
Независимо от незначителната дебелина на стената, тръбите от мед издържат на по-голямо работно налягане в сравнение със стоманените тръби. Използват се два вида медни тръби - твърди, които са с дължина от 3 до 5 метра и меки, които се предлагат навити на рула с дължина от 25 до 50 метра. Вътрешната стена на медните тръби е абсолютно гладка, което гарантира високата им пропускателна способност. Благодарение на антикорозионната устойчивост, пропускателната способност на медните тръби през целия им срок на експлоатация остава непроменена. Въпреки това, често по вътрешната повърхност на медните тръби допълнително се нанася защитен слой.
Понякога, за подобряване на свойствата им, медните тръби се покриват с външно полимерно покритие (от полиетилен или поливинилхлорид). Полимерното покритие намалява загубите на топлина при транспортиране на топла вода, възпрепятства образуването на конденз при транспортиране на студена вода, защитава метала от драскотини и други механични увреждания, а също така понижава шума.
За тръбите, предназначени за водно отопление, обикновено се използва мед с висока чистота (99.9 %). Чистата мед се отличава с особено висока корозионна устойчивост и пластичност, дори при много ниски отрицателни температури. При механична обработка медта частично губи своята пластичност.
Медните тръби не понасят добре твърде кисели и твърде основни води, също както и много меки или много твърди води. Свързват се помежду си чрез специални медни или изработени от медни сплави пресфитинги. Медните тръби се отличават с голяма трайност, надеждност и дълговечност, но са сравнително по-скъпи от полимерните.
Използването на медни тръби обаче налага спазването на определени изисквания към отоплителната система в цялост. Сред основните е използването на еднородни материали. Това означава, че всички тръби, съединителни елементи и спирателно-регулиращата арматура трябва да бъдат изпълнени от мед.
При нормални експлоатационни условия, срокът на работа на медните тръби е над 40 г. За този дълъг срок тръбите на практика не зависят от налягането и температурата на топлоносителя в мрежата.

Критерии за избор на тръби
Всеки от използваните материали се характеризира с определени експлоатационни характеристики. Например, не всички материали са достатъчно устойчиви на въздействието на горещата вода и при горене отделят вредни газове. За да се изберат подходящи за конкретната система тръби е необходимо добре да се познават специфичните им параметри.
Основни параметри, на базата на които обикновено се избират тръбите са надеждност и дълъг експлоатационен живот. Те зависят от физико-химичните свойства на материала, използван в системата, качеството на тръбите и съединителните елементи, както и от професионализма на специалистите, извършващи проектирането и монтажа на системата.
При избора на пластмасови тръби от решаващо значение са диаметърът на тръбата, възможността за нейното линейно разширение, химическата устойчивост, работното налягане и температурата на транспортираната среда.