Схемы стояков однотрубных систем отопления.

 

Эти схемы получили в настоящее время широкое применение при нижней прокладке магистральной горячей и охлажденной воды с искусственной циркуляцией.

а) П-образная

Применяется в зданиях высотой не более девяти этажей.

б) П-образная с одним нагруженным и одним транзитным стояком.

в) Т-образная схема.

Схемы б) и в) используют в зданиях выше 9-ти этажей.

г) с верхним подающим теплопроводом

д) с опрокинутой циркуляцией.

Схемы г) и д) применяют в зданиях более 12 этажей.

 

Рис. 28.

Классификация систем водяного отопления производится по следующим основным признакам:

1. По способу создания циркуляции: с естественной циркуляцией (гравитационные) и искусственной циркуляцией (насосные).

В системах и естественной циркуляцией (рис.  ), воды осуществляется под действием разности плотностей охлажденной воды после отопительных приборов и горячей воды, поступающей в систему отопления. В системах с искусственной циркуляцией (рис. ) движение воды происходит под действием насоса.

2. По схеме включения отопительных приборов в стояк или ветвь: двухтрубные (рис. ) и однотрубные (рис.   ).

В двухтрубных системах водяного отопления горячая вода поступает в приборы по одним (подающим) стоякам, а охлажденная вода отводится по другим (приборы отопления присоединены по теплоносителю параллельно). В однотрубных системах водяного отопления горячая вода подается в приборы и охлажденная вода отводится из них по одному стояку (приборы присоединены по теплоносителю последовательно).

3. По направлению объединения отопительных приборов (как двухтрубные, так и однотрубные системы отопления): вертикальные (рис. ) и горизонтальные (рис. ).

Вертикальные, в которых последовательно присоединяются к общему вертикальному теплопроводу – стояку отопительные приборы расположенные на разных этажах.

Горизонтальные, в которых к общей горизонтальной ветви присоединяются приборы, находящиеся на одном этаже.

4. По месту расположения подающих и обратных магистралей: с верхним расположением подающих магистралей и с нижним расположением обеих магистралей.

С верхним расположением подающих магистралей они проходят по чердаку или под потолком верхнего этажа, а обратных магистралей – по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах. (рис. ).

С нижним расположением обеих магистралей по подвалу, над полом первого этажа или в подпольных каналах. (рис.     ).

5. По направлению движения воды в подающих и обратных магистралях: тупиковые и с попутным движением.

В тупиковых системах водяного отопления горячая и охлажденная вода в магистралях движется в противоположных направлениях (рис. ).

В системах водяного отопления с попутным движением направления потоков движения воды в подающей и обратной магистралях совпадают.

Тема 6

ТРУБЫ ДЛЯ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ (Сравнительный анализ).

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРУБАХ.

Общие сведения о трубах.

Трубы служат для транспортирования жидкостей, газов или пара и в отдельных случаях для передачи давления в качестве импульса. Часто трубы используют как элементы конструкций.

Трубы в зависимости от материала, из которого они изготовлены, делятся на металлические (стальные, чугунные, медные, алюминиевые) и неметаллические (керамические, асбестоцементные, бетонные, железобетонные, пластмассовые, стеклопластиковые и другие).

Основная размерная характеристика труб и соединительных частей к ним – внутренний диаметр труб. Номинальная величина внутреннего диаметра в миллиметрах или его округленное значение называется диаметром условного прохода D_у.

Прочность труб и их соединительных частей должна соответствовать условному давлению Р_у транспортируемой среды. Условное давление – наибольшее избыточное давление, измеряемое в паскалях (Па) при температуре 293 К (20 ^оС), при котором обеспечивается длительная работа трубопроводов и их элементов (соединительных частей, арматуры). Числовое значение условного давления указывается в ГОСТах и ТУ на каждый вид труб.

На практике температура транспортируемых жидкостей может колебаться в значительных пределах. Наибольшее избыточное давление транспортируемой среды при рабочей температуре при котором обеспечивается длительная работа арматуры и соединительных частей, называется рабочим давлением Р_р.

Монополия стальных труб, незыблемая до середины ХХ века, в наше время нарушена. Сегодня с ними серьёзно конкурируют полимерные трубы. Более того, пункт 10.1 СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий», после введения в действие изменения №2 к нему, гласит: «Для внутренних трубопроводов холодной и горячей воды следует применять пластмассовые трубы и фасонные изделия…Для всех сетей внутреннего водопровода допускается применять медные, бронзовые и латунные трубы и фасонные изделия, а также стальные трубы и элементы с внутренним и наружным защитным покрытием от коррозии».

Таковы нормы, а на практике строительные организации продолжают возводить здания, ориентируясь в основном на стальные трубы. Зачастую нарушается технология монтажа: вместо резьбовых соединений используют сварку, что ведет к нарушению защитного слоя и провоцирует коррозионные разрушения труб.

Ниже рассмотрим основные виды труб, применяемые для локальных водо-, тепло- и газовых сетей.

Металлические трубы

Металлические трубы были одним из первых видов труб, применяемых человеком, и сохраняют ведущие позиции и поныне. Трубы делали из тонких медных, свинцовых и стальных листов путем их сгибания, т.е. технология была близка к современной. Сталь и медь широко используются и в наше время.

Стальные трубы. Чаще других в строительстве применяют стальные трубы не только для транспортировки воды и газа, но и как элементы строительных конструкций. Для локальных сетей используют стальные водогазопроводные трубы с диаметром условного прохода от 6 до 150 мм. Выпускаются три типа труб: легкие (рассчитанные на рабочее давление до 0, 6 МПа), средние (0, 6…1 МПа) и тяжёлые (рабочее давление более 1, 0 МПа). Одним из существенных недостатков стальных труб является их большая масса. Так, масса 1 м трубы с условным проходом 15 мм (1/2``) составляет 1, 25 кг.

Стальные трубы могут быть обычными(чёрными), но более эффективны оцинкованные. Монтаж сетей из стальных труб осуществляется на резьбе и с помощью сварки. Сварка понижает коррозионную стойкость, в особенности оцинкованных труб, т.к. в месте сварки цинк окисляется и испаряется (температура кипения цинка 906^оС), поэтому места стыка корродируют очень быстро. Монтаж системы довольно трудоёмкий; после длительной эксплуатации разобрать систему трудно, а порой просто невозможно. Положительным свойством стальных труб является низкий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) – 0, 012 (мм/м К); он в 5…10 раз ниже, чем у полимеров; кроме того они не проницаемы для кислорода и УФ-излучения.

Из-за высокой теплопроводности стали (75 Вт/м К) стальные трубы при открытой прокладке в отапливаемых помещениях при транспортировании по ним холодной воды могут «отпотевать». По той же причине стальные трубы при прокладке в грунте могут замерзать, что приводит к их разрушению: они расходятся по шву или лопаются.

При подаче горячей воды трубы изнутри быстро обрастают продуктами коррозии и другими отложениями, что резко снижает их пропускную способность и способствует размножению микрофлоры.

Чугунные трубы – толстостенные, относительно большого внутреннего размера (внутренний диаметр 65…1000 мм) получают отливкой из серого чугуна, поддающегося механической обработке. Внутренняя поверхность труб шероховатая.

Чугунные трубы за счёт толщины стенки обладают высокой долговечностью и надёжностью, но их масса существенно выше, чем у стальных. Соединяются чугунные трубы с помощью раструбов и уплотняющих прокладок. Трубы выпускаются в комплекте с фасонными деталями.

Медные трубы применялись уже несколько тысяч лет назад. Но широкое использование медных труб началось в 20-30 годы ХХ века, а пик популярности пришёлся на 70-е. к этому же времени относится появление в строительстве полимерных труб. В результате конкурентной борьбы медными и полимерными трубами выявились их сильные и слабые стороны, что позволило каждому материалу занять свою нишу на строительном рынке

Особенности свойств медных труб:

· ТКЛР меди 0, 017 (мм/м К), что в 4…8 раз ниже, чем у полимеров;

· теплопроводность меди 394 (Вт/м К), т.е в 4 раза выше, чем у стали;

· медь устойчива к действию УФ-излучения;

· медные трубы абсолютно непроницаемы для газов;

· медь обладает бактерицидным действием;

· диапозон рабочих температур медных труб очень широк – от минус 200 до плюс 200^оС;

· медные трубы не боятся замораживания в заполненном водой состоянии как стальные, благодаря пластичности меди;

· медь не подвержена коррозии в обычной пресной воде.

Медь практически целиком подвергается повторной переработке (это полностью подтверждается привычными для нас сообщениями в средствах массовой информации о хищении меди). Подсчитано, что около 80% всей меди, когда-либо выплавленной на Земле, до сих пор находятся в эксплуатации.

Трубы из меди очень технологичны: их легко резать и гнуть. Соединяют их с помощью пайки, а чаще обжимом муфт специальными щипцами.

У медных труб более низкий коэффициент шероховатости К_ш=(1, 5…2, 0) 10^{-6 м, чем у стальных (К}_ш=200 10^{-6 м) и даже даже полимерных (К}_ш=8 10^{-6 м) труб. Это увеличивает их пропускную способность и позволяет применять трубы малого диаметра 8…10 мм.}

Как было сказано выше, медь очень коррозионноустойчива в обычной пресной воде, но при сильном хлорировании и в кислых средах (при рН< 7) медь всё же корродирует с выделением вредных для человека веществ. Кроме того, при контакте меди с другими металлами (сталью, алюминием) возникает электрохимическая коррозия, которая быстро приводит к разрушению этих металлов. Для исключения этого явления медь и другие металлы, используемые в одной системе, необходимо разделять электроизолирующими прокладками.

Применение медных труб рационально во внутренних сетях отопления.

Полимерные трубы.

Первые полимерные трубы появились в середине ХХ века. Сегодня промышленность предлагает уже широкий выбор полимерных труб. При правильном монтаже их долговечность в несколько раз выше, чем у стальных. Доказательством этого может служить успешная эксплуатация и по сей день трубопроводов из полимерных труб, смонтированных в 50-е годы. Высокая долговечность компенсирует повышенную стоимость.

Полимерные трубы заслужено завоевали популярность у строителей благодаря следующим положительным свойствам:

· они не подвержены коррозии;

· санитарно-гигиенические показатели полимерных труб выше чем у стальных;

· полимерные трубы характеризуются небольшой массой;

· пропускная способность полимерных труб за счёт гладкости труб и отсутствия обрастания значительно выше, чем у стальных и чугунных при равном диаметре;

· полимерные трубы бесшумны при любой скорости потока.

Полимерные трубы поступают на стройку в виде бухт и легко нарезаются на требуемые размеры. Соединение труб осуществляется низкотемпературной сваркой, склейкой и при помощи специальных муфт. Масса полимерных труб в 5…10 раз ниже чем у стальных при равном внутреннем диаметре.

К недостаткам полимерных труб относятся:

· зависимость их прочности (предельного рабочего давления) и долговечности от температуры (см. табл. 1);

· невысокие предельные рабочие температуры (как правило, не выше 95⁰С);

· высокий температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) (примерно в 10 раз выше, чем у металлов);

· горючесть труб (к трудносгораемым относится только поливинилхлорид).

Для изготовления полимерных труб в настоящее время в основном используют сшитый полиэтилен (РЕ-Х), полипропилен (РР), поливинилхлорид (PVC), хлорированный поливинилхлорид (СPVC) и полибутен (РВ).

Сшитый полиэтилен (РЕ-Х) получают из обычного полиэтилена высокой плотности (PEHD) путём сшивки его линейных молекул с помощью пероксидов (РЕ-Ха), органсилоксанов (РЕ-Хb) или ионизирующего излучения (РЕ-Хс).

Таблица 12. Зависимость долговечности труб из РЕ-Х от температуры и давления

Температура, 0С	Срок службы, лет
	1	5	10	25	50
	при рабочем давлении, МПа
20	1, 37	1, 33	1, 32	1, 31	1, 25
40	1, 10	1, 08	1, 07	1, 06	1, 04
60	0, 87	0, 84	0, 83	0, 81	0, 80
80	0, 65	0, 64	0, 63	0, 63	-
95	0, 57	0, 55	0, 54	-	-

Примечание: зависимость долговечности труб из РЕ-Х приведена для труб типа PN-12, 5 (12, 5 – номинальное давление в кгс/см²) фирмы “Бир Пекс”.

Сшитый полиэтилен, сохранив все преимущества обычного полиэтилен, приобрёл существенно большую прочность и теплостойкость: верхний предел рабочей температуры, при которой РЕ-Х способен длительно работать – плюс 95⁰С.

Трубы из сшитого полиэтилена выпускают на различные номинальные давления PN- от 0, 8 до 2, 5 МПа и наружным диаметром от 10 до 110 мм. Масса одного погонного метра трубы диаметром 20 мм составляет 010…0, 15 кг в зависимости от номинального давления.

У сшитого полиэтилена стойкость УФ-излучению выше чем у обычного. Трубы из РЕ-Х целесообразно использовать для горячего и холодного водоснабжения, центрального отопления и напольных отопительных систем.

Трубы из сшитого полиэтилена составляют в настоящее время более половины от общего выпуска полимерных труб. В Росси такие трубы производятся фирмой “Бир Пекс” в г. Саратове. Производительность предприятия – до 7 тыс. км труб в год.

Полипропилен (РР) по использованию в производстве труб занимает второе место вслед за трубами из сшитого полиэтилена. Он менее теплостоек, чем сшитый полиэтилен, поэтому его не рекомендуется использовать в системах отопления и горячего водоснабжения. Недостатком полипропиленовых труб является недолговечность соединительного узла подключения к металлическим трубам (из-за значительной разницы ТКЛР полипропилена и металлов со временем приводит к нарушению герметичности стыка). Кроме того, в отличие полиэтиленовых труб, которые поставляются в бухтах, более жесткие полипропиленовые выпускаются только в виде мерных отрезков до 4 м длиной, что менее удобно при транспортировке и монтаже.

Трубы повышенной теплостойкости получают используя сополимер полипропилена “Рандом”.

Поливинилхлорид ( PVC) – широко используемый в строительстве полимер, в производстве полимерных труб идет вслед за полиэтиленом и полипропиленом. Обычно он используется в непластифицированном виде (жёсткий ПВХ – “винипласт”). Недостаток винипластовых труб – низкая теплостойкость (до 75⁰С). С целью повышения теплостойкости его модифицируют дополнительным хлорирование (CPVC), доводя содержание хлора до 60-65% с обычного – 57%. Высокое содержание хлора в ПВХ вызывает настороженность экологов и ограничивает применение PVC и CPVC труб для водоснабжения. Основные показатели этих полимеров приведены в табл. 2.

Таблица 13. Свойства полимерных труб

 

Свойства	Единица измерения	Сшитый полиэтилен (РЕ-Х)	Поливинил-хлорид (PVC)	Хлорированный поливинилхлорид (СPVC)	Полипропилен (РР)
Плотность	г/см3	0, 93…0, 95	1, 4	1, 5…1, 6	0, 93
ТКЛР	мм/(м К)	0, 12…0, 14	0, 06	0, 062	0, 12
Удлинение при разрыве	%	200…500	5…10	-	800
Модуль упругости	МПа	550…800	до 4000	до 3000	900
Теплопроводность	Вт/(м К)	0, 40…0, 41	0, 13…0, 15	0, 16	0, 15…0, 20
Рабочая температура	0С	95	-	93	75
Рабочее давление	МПа	0, 85	-	0, 47	0, 6

 

Положительным свойством поливинилхлорида является его пониженная горючесть и повышенная химическая стойкость по сравнению с другими полимерами. Он также менее чувствителен к УФ-излучению. Поэтому основные области применения ПВХ труб – это водосточные системы, канализация и т.п.

Полибутен (РВ) [-CH₂-CH(C₂H₅)-] – аналогичен по свойствам полипропилену “Рандом”, но в отличие от него более гибок. Он перспективен для устройства систем “тёплый пол”.

Поливинилиденфторид (HVDF) стал применяться для изготовления труб более 15 лет назад. Этот полимер отличается высокой химической стойкостью. Диапазон рабочих температур у труб из HVDF очень широк – от -40 до +140⁰С (причём при +140⁰С допускается рабочее давление до 0, 4 МПа). Трубы из ПВДФ стойки к УФ-излучению, поэтому системы из них можно прокладывать под открытым небом.

Композиционные трубы

Наше время – время увлечения композиционными материалами, к числу которых относится: металлополимер, стеклопластик, углепластик и т.п. Металлополимерные трубы представляют собой многослойную конструкцию, состоящую из тонкой алюминиевой трубы (толщина стенки 0, 5…2, 0 мм), снаружи и изнутри покрытой слоем сшитого полиэтилена (РЕ-Х). Полиэтилен зафиксирован на алюминиевой подложке клеем. Схема строения конструкции металлополимерной трубы приведена на рис.1

 

 

Рис.30 Строение конструкции металлополимерной трубы

1, 5 – слой полиэтилена РЕ-Х; 2, 4 - клеевой слой; 3 – металлическая (алюминиевая, стальная или латунная) трубка

Такая слоистая конструкция трубы обеспечивает её надежность и долговечность (50 лет и более), приэтом каждый элемент выполняет определённую функцию.

Металлический (алюминиевый) сердечник:

· гарантирует защиту от диффузии кислорода и, соответственно, от коррозии металлических частей в системе;

· обеспечивает малый ТКЛР – для алюминия 0, 024…0, 026 мм/(м К);

· гарантирует длительную прочность при повышенных температурах.

Слои из сшитого полиэтилена:

· обеспечивают гладкость внутренней поверхности трубы и защищают её от обрастания;

· предохраняют металлический (алюминиевый) сердечник от образования гальванических пар с другими металлическими (латунными, медными или стальными) элементами сети;

· снижают теплопроводность трубы (не более 0, 45 Вт/(м К)), что предохраняет её от запотевания;

· обеспечивают декоративность и чистоту наружной поверхности трубы.

Металлополимерные трубы выпускаются с наружным диаметром от 16 до 63 мм. Они поставляются свёрнутыми в бухты длиной от 20 до 50 м. Металлополимерные трубы легко гнутся даже руками, режутся и стыкуются с помощью набора специальных соединительных и фитинговых деталей. Металлополимерные трубы имеют небольшую массу. Она составляет в зависимости от диаметра от 0, 1 до 0, 3 кг/пог. м. Интервал рабочих температур - от -40 до +95⁰С.

Недостатком этого вида труб по сравнению с полимерными является чувствительность к замораживанию в заполненном водой состоянии.

Металлополимерные трубы также выпускают, используя полипропилен. В таких трубах, получаемых экструзией, слои полипропилена соединяют с алюминиевым сердечником за счёт отверстий в последнем без примененния какого-либо клея.

Асбестоцементные трубы

Асбестоцемент (АЦ) – один из видов дисперсно-армированного бетона. Асбест в нём играет роль арматуры, равномерно распределённой по объёму материала, а затвердевший цементный камень образует плотную матрицу, в которой заключён асбест. Соотношение асбеста и портландцемента в АЦ-материалах 15: 85. Асбест в таком материале находится в связанном состоянии и практически не выделяется в окружающую среду. Прочность АЦ-материалов на растяжение довольно высока, что позволяет использовать их для изготовления напорных труб. В водной среде АЦ не корродирует, а напротив, уплотняется и упрочняется в результате продолжающейся гидратации портландцемента.

Асбестоцементные трубы – один из перспективных труб самого широкого назначения, обладающих комплексом ценных свойств. В мире проложено более 2, 5 млн. км АЦ-труб. Они не подвержены коррозии, в том числе провоцируемой блуждающими токами, значительно легче металлических и не склонны к обрастанию. За счёт низкой теплопроводности (0, 8 Вт/(м К)) у АЦ-труб меньшие проблемы с промерзанием.

Соединяют асбестоцементные трубы при помощи муфт со специальными резиновыми уплотнителями быстро и надежно. Полимерные трубы проигрывают АЦ-трубам по теплостойкости, долговечности и экологической чистоте.

Асбестоцементные трубы могут быть безнапорными и напорными, различающиеся толщиной стенки и прочностными показателями.

Безнапорные трубы диаметром 100 и 150 мм (возможно изготовление труб диаметром до 500 мм), длиной 4 и 5 метров применяются для ненапорной (самотечной) канализации, дымоходов, прокладки кабелей и дренажных коллекторов. При использовании АЦ-труб для дымоходов необходимо учитывать, что при нагреве асбестоцемента до 500…600⁰С материал разрушается со взрывом.

Напорные трубы выпускаются  диаметром от 100 до 500 мм, длиной 4 и 5 метров под давление 0, 6; 0, 9 и 1, 2 МПа (6; 9 и 12 кг/см² соответственно). Напорные трубы применяются для водо-, газо-, и теплопроводов, перекачки нефтепродуктов, устройства колодцев и мусоропроводов. Водопроводные сети из асбестоцементных труб десятки лет успешно эксплуатируются в ряде стран Западной Европы.

Весьма перспективная область применения напорные АЦ-труб – устройство тепловых сетей, обеспечивающих подачу воды с температурой до 130⁰С и под давлением до 1, 2 МПа. Горячая вода не только не вызывает коррозии АЦ-труб, но напротив способствует их упрочнению.

На АЦ-теплотрассах используют самоуплотняющиеся сборные стыки: муфты (типа САМ) с резиновыми уплотнителями (типа ТМ). Такое соединение труб за счёт наличия монтажного зазора и возможности подвижки трубы в стыке полностью снимают проблему компенсации тепловых деформаций (ТКЛР у асбестоцемента 0, 017 мм/м). Муфтовые соединения эластичны: дают возможность подвижки на 3…5⁰ без нарушения герметичности; они устойчивы к вибрации и позволяют быстро производить монтаж и демонтаж трубопровода.

АЦ-трубы для тепловых сетей выигрывают у стальных и с точки зрения теплоизоляции: теплопроводность асбестоцемента почти в 100 раз ниже чем у стали. В Росси имеется положительный опыт работы теплотрасс из асбестоцемента в течение 25 лет без ремонта. Трубы и муфты для теплоснабжения выпускают комбинат “Красный строитель” (г. Воскресенск) и ОАО “БЕЛАЦИ” (г. Белгород).

При хорошей совокупности технологических и эксплуатационных показателей, а также высокой долговечности существенным достоинством асбестоцементных труб является их невысокая стоимость ( в 3…4 раза ниже, чем полимерных и стальных).

Тема 7

⇐ Предыдущая12131415161718192021Следующая ⇒

Поделиться: