Предварительно изолированные полимерные трубопроводы: особенности конструкции и применения

А. Кузьмук

Предварительно теплоизолированные полимерные трубопроводы являются достойной альтернативой для замены части устаревших и неэффективных тепловых сетей. Рассмотрим особенности их конструкции и применения

Для отечественного жилищно-коммунального хозяйства очень актуальной является проблема изношенности теплотрасс. Около 70% из них выработали свой ресурс и требуют замены, а тепловые потери в таких трубопроводах по различным оценкам составляют от 15% до 45% (рис. 1).

Рис. 1. Наглядные последствия плохой изоляции теплотрассы

Отчасти это связано с технологиями, которые применялись несколько десятилетий назад, при их массовом производстве и укладке. В частности, это плохая изоляция.

При канальной укладке, которая применялась раньше, трубы прокладывались в бетонных лотках. В качестве изоляции металлических конструкций применялась минеральная вата.

С течением времени этот материал приходит в негодность из-за намокания. Ведь в лотки часто (во время интенсивного выпадения атмосферных осадков, а также вследствие подмывания грунтовыми водами) попадает вода. Она, в некоторых случаях, даже может затекать по лоткам в теплопункты (в случае их расположения ниже уровня земли).

Влага не только ускоряет процессы теплообмена и, как следствие, потерь тепла в трубопроводах, но и ускоряет коррозию. Таким образом, конструкции быстрее приходят в негодность. Это, в свою очередь, приводит к прорывам и авариям, которые особенно часто наблюдаются в начале отопительного сезона.

В связи со всем этим большую актуальность приобретает замена трубопроводов на новые, предварительно теплоизолированные, из полимеров. По крайней мере, там, где это возможно по необходимым техническим параметрам.

Особенности изолированных трубопроводов

К главным особенностям полимерных труб можно отнести то, что они не подвержены коррозии и более легкие. Это упрощает доставку и монтаж. Нет необходимости укладывать их в лотки, если это не прокладка под автодорогами.

В случае с предварительно теплоизолированными в заводских условиях трубопроводами есть надежная герметичная оболочка также из пластика, которая препятствует проникновению внутрь воды. Соответственно, утеплитель всегда остается сухим, и его теплофизические свойства не изменяются с течением времени. Подобные трубы в мире применяются уже более 20 лет и свыше 10 лет – в Украине.

Основные области применения изолированных труб ограничены их рабочей температурой (для труб из полиэтилена PE-Xa – до 95°С, кратковременно – 110°С). Это сфера теплокоммунэнерго, в частности, при реконструкции старых подключений от квартальных теплопунктов к зданиям. В магистральных сетях коммунальных теплоснабжающих компаний температуры выше – до 140°С, поэтому полимерные трубы не используются в принципе.

Кроме того, изолированные полимерные трубы часто применяются во внутриплощадочных сетях промышленных предприятий, в коттеджных городках, в больших усадьбах, оборудованных отдельно стоящей котельной (газовой, твердотопливной и т. п.), в отелях, пансионатах и базах отдыха.

Срок службы предварительно теплоизолированных полимерных трубопроводов, в зависимости от условий, – до 50 лет. Длительность зависит, прежде всего, от температуры.

Конструкция изолированных трубопроводов

Трубы для теплотрассы разных производителей, продукция которых представлена на украинском рынке, отличаются, прежде всего, толщиной слоя утеплителя и материалом, используемым для его создания. От этого зависит не только теплопроводность, но и общие физические характеристики самых труб.

В качестве изоляционного слоя, как правило, применяется вспененный полиэтилен или пенополиуретан. В первом случае свойства, влияющие на энергосбережение, немного меньше, однако труба более гибкая в силу соответствующих свойств материала, и при ее укладке понадобиться делать меньше соединений, что повышает надежность трубопровода. Беря во внимание характеристики изоляционных материалов, производители иногда комбинируют их: гибкие предизолированные трубы для тепловых сетей выпускаются с применением вспененного полиэтилена, а жесткие элементы систем, такие, как колено, – из пенополиуретана.

Основой для предизолированных систем чаще всего служат трубы из сшитого пероксидным методом полиэтилена PE-Xa. Наиболее востребованные внутренние диаметры – 25, 32 мм. Однако на рынке представлены и большие размеры для крупных теплотрасс – до 160 мм.

В изолированной оболочке может располагаться не одна, а две трубы параллельно. Это позволяют сразу прокладывать подающую и обратную линии, снижает затраты на монтаж.

Герметичность и защиту изолированных теплотрасс от механических внешних воздействий и проникновения влаги обеспечивает наружное пластиковое покрытие. Компании-производители применяют различные технологии усиления герметичности и борьбы с проникновением нежелательной влаги. Например, в изделиях компании REHAU (Германия) – системах RAUVITHERM – изоляция пластиковыми стяжками поделена на отсеки. Это гарантирует, что даже в случае повреждения наружного покрытия, попадающая внутрь вода не будет растекаться по всей длине трубопровода.

Гибкие трубопроводы RAUVITHERM в своей основе содержат трубу из PE-Xa с кислородозащитным слоем. Она рассчитана на эксплуатацию при температурах до 95°C и давлении 6 бар. Изоляция – из структурированных вспененных пластин (в трубах DUO с дополнительной сердцевиной), которая характеризуется коэффициентом теплопроводности 0,043–0,044 Вт/м·К. Внешняя защитная оболочка также из полиэтилена – волнистая, бесшовно экструдированная, черного цвета.

Трубопроводы предлагаются в двух вариантах исполнения (рис. 2) – одинарные (диаметр внутреннего трубопровода от 25 до 125 мм) и двойные (от 2×25 мм до 2×63 мм). Длина бухт в зависимости от диаметра составляет до 290 м. Минимальный радиус изгиба при температуре наружной оболочки 10°С – от 0,9 до 1,4 м, в зависимости от диаметра.

Рис. 2. Изолированные системы с одной и двумя внутренними трубами

Соединения и герметичность изолированных трубопроводов

Системы предизолированных трубопроводов потому и называются системами, что, помимо труб, как правило, включают множество различных дополнительных компонентов. В частности, это фитинги для поворотов (уголки), муфты равнопроходные для соединений, тройники для выполнения ответвлений, латунные переходники с наружной резьбой для подключения предизолированных труб к системам отопления или источникам тепла. Для крупных тепловых сетей (с диаметром труб свыше 63 мм) с высокими температурами могут использоваться стальные переходники под электросварку.

При выполнении любых соединений внутренних труб (в частности, с помощью надвижных гильз) в случае с изолированными трубопроводами возникает вопрос качественной изоляции фитингов. Ведь теплопотери в них могут существенно ухудшить общие энергосберегающие характеристики системы. Особенно при укладке непосредственно в грунт. Изоляция достигается путем применения колодцев (рис. 3) или кожухов (рис. 4).

Рис. 3. Шахта для изоляции соединений труб для теплотрассы

Рис. 4. Кожух

Последние представляют собой оболочку («скорлупу») из пластика, которая закрывает место соединения. О технологии монтажа кожухов, которой необходимо строго придерживаться для достижения высокой эффективности системы, рассказано отдельно (см. статью «Соединение предизолированных трубопроводов»).

Помимо того, некоторые производители предлагают в качестве компонентов для систем герметичные узлы ввода трубопровода в здание. Их тип и конструкция отличаются в зависимости от опасности проникновения воды в помещение снаружи. В частности, от глубины залегания грунтовых вод. Вводы позволяют предотвратить затопление помещений дома.

Узел ввода для тепловых сетей с высоким уровнем грунтовых вод компании REHAU включает фланец, который состоит из двух пластин, изготовленных из нержавеющей стали. Внутри его расположено массивное резиновое уплотнение. Фланец вставляется в отверстие (например, проделанное в бетоне при помощи алмазного бурения) и сжимается, выдавливая резину как внутри, так и по наружному периметру (рис. 5). За счет этого достигается высокая степень герметичности, а соединение выдерживает давление до 2 м водяного столба.

Рис. 5. Ввод тепловой сети в здание, выполненный с помощью герметичного соединения

Узел ввода для случаев отсутствия опасности подтопления грунтовыми водами проще по конструкции. Он представляет собой резиновую манжету, которая после монтажа заделывается строительным раствором на основе цемента. Кстати, подобные решения с узлами ввода в западноевропейских странах применяют не только для труб систем отопления, но и для других коммуникаций (водо- и электроснабжения). В случае с предизолированными трубопроводами систем отопления предлагается также такая деталь, как колено домового ввода (рис. 6). Она позволяет вывести трубопровод максимально близко к наружной стене. Есть также термоусадочные концевые колпаки и другие элементы. В целом, наличие большого количества компонентов систем позволяет реализовать решения для различных случаев и запросов.

Рис. 6. Вариант выполнения домового ввода тепловой сети с помощью колена

Расчет тепловых сетей

Принцип проектирования тепловых сетей на базе изолированных трубопроводов не отличается от обычных подобных систем. В его основе лежит классический расчет суммарных гидравлических сопротивлений, исходя из которых впоследствии подбирается насосное оборудование. Потери давления в трубопроводах приводятся производителями в табличном виде в сопроводительной документации. Как правило, предлагаются для удобства и компьютерные программы для расчета.

Потери давления, скорость движения теплоносителя и его объемный расход, температура, а также мощность связаны между собой (табл.). Так, чем выше перепад температур подающего и обратного трубопроводов (обычно от 15°С для «теплого пола» до 30°С для радиаторных систем отопления), тем больше можно передать энергии при неизменном объемном расходе. К примеру, по трубопроводу RAUVITHERM с диаметром внутренней трубы 32 мм и объемным расходом 1,4 м³/ч при ΔT = 15°C можно передать 25,1 кВт мощности, а при ΔT = 30°C – уже 50,2 кВт, то есть в 2 раза больше.

Таблица. Потери давления во внутренних трубах*

В качестве контрольной цифры при определении падения давления принимается значение в диапазоне от 200 до 250 Па/м.

Несмотря на то, что трубы хорошо теплоизолированы, в них происходят (хоть и в значительно меньшей степени, чем в старых изношенных трубах) потери тепла. Особенно это ощутимо в системах большой протяженности. Величина теплопотерь зависит от температуры внешней среды и теплоносителя в трубе. Соответствующие данные также приводятся производителями труб.

Монтаж изолированных трубопроводов

Укладка гибких полимерных трубопроводов осуществляется, как правило, в открытую траншею. Глубина – ниже точки промерзания грунта. Рекомендуемый уровень прокладки составляет, например, 0,8 м. Допускается и наружная прокладка, если минимизирован риск замерзания. Впрочем, стоит отметить, что для трубопроводов из полиэтилена это не настолько критично, как для стальных. Даже в случае размораживания они сохраняют целостность.

Непосредственно монтаж изолированных трубопроводов может осуществлять вручную бригада из двух–трех человек. При этом гибкость труб для теплотрассы позволяет выполнять повороты малого радиуса без применения фитингов, что снижает трудоемкость работ.

Важно соблюдать технику безопасности, а в процессе укладки заложить сигнальную ленту для того, чтобы впоследствии не повредить трубы при раскопках.

Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok.  Долучайтесь!

Переглянуто: 6 402