Доброго времени суток всем посетившим эту страницу!
Все производители труб обязаны маркировать свою продукцию, где они указывают основные технические характеристики, такие как материал из которого изготовлена труба, номинальная температура и давления эксплуатации и др.
К сожалению по непонятным нам причинам умалчивается такой важный показатель, как кислородопроницаемость трубы или более научное название диффузия кислорода в полипропиленовой трубе. Об этой характеристике не знают даже некоторые мастера, занимающиеся этим постоянно. Если вы попали на эту страницу из поисковой системы, то это значит, что вы как – то уже осведомлены по поводу этого и хотите более детально разобрать этот вопрос.
Структура полипропилена на молекулярном уровне состоит таким образом, что между молекулами полипропилена свободно проходит молекула кислорода. Поэтому вода, находящиеся в такой трубе постоянно подпитывается кислородом, который в свою очередь реагирует с металлическими деталями, соприкасающихся с водой и окисляет их. Окисление металла это ржавление.
Из вышеизложенного становится понятно, что кислородопроницаемые полипропиленовые трубы подходят только для систем водоснабжения, так как вода в магистрали время от времени обновляется, поэтому это не сильно сказывается на металлических элементах.
Другое дело, если это система отопления, где один и тот же теплоноситель циркулирует годами. Постоянная подпитка воды кислородом способствует интенсивному разрушению теплообменников котлов, радиаторов, тепловых аккумуляторов, циркуляционных насосов и других металлических частей. Учитывая повышенную температуру воды в системе этот процесс в несколько раз становится быстрее.
В низкотемпературных системах отопления, например теплый пол, кислород способствует размножению аэробных бактерий. Продукты жизнедеятельности этих микроорганизмов заиливают стенки трубы, что в конце концов приведет к непроходимости трубы. Этот сценарий развития не выдуман, а основано на 12-летних испытаний шведской лаборатории.
Кислородопроницаемость полипропиленовых труб армированных стекловолокном
Полипропиленовые трубы, армированные стекловолокном являются кислородопроницаемыми. Степень кислородной диффузии их составляет 900 мг/м2 в сутки, что является очень много. Поэтому такие трубы пригодны только для водоснабжения холодного и горячего.
Кислородопроницаемость полипропиленовых труб армированных слоем алюминия
Кислородная диффузия полипропиленовых труб с алюминиевой прослойкой равна нулю, поэтому они отлично подойдут как для систем водоснабжения, так и для различных видов отопления. Только выбирать желательно нужно те трубы, у которых стыки слоя алюминия проварены при помощи лазера, только тогда можно будет считать, что труба не кислородопроницаема.
Также стоит обратить внимание именно на алюминиевый слой, бывает эта прослойка имеет сетчатый вид, наличие которого само собой не может обеспечить барьер кислороду.
Рис.1. Сравнительные показатели температурного удлинения и кислородопроницаемости (газопроницаемости)
Как видно из Таб1 и Рис.1 все однослойные трубы имеют самую высокую степень кислородопроницаемости.
Абсолютной кислородонепроницаемостью обладают только металлополимерные трубы PERT-Al-PERT, PPR-Al-PPR.
В многослойных трубах с барьерным слоем из этилен-винилового спирта PEX-EVOH-PE показатель диффузии кислорода имеет сравнительно невысокое значение, но показатель температурного расширения соответствует однослойным трубам.
В настоящий момент только многослойные трубы PERT-Al-PERT и PEX-EVOH-PE соответствует ГОСТ Р 53603-2009 "Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления".
Модная новинка — полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPR-FG/PPR (PPR-GF-PPR) приблизилась по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.
Теперь разобравшись с показателями кислородопроницаемости наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода. Для высокотемпературных и низкотемпературных систем отопления последствия кислородопроницаемости различные.
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ РАДИАТОРНОГО ОТОПЛЕНИЯ
Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (Рис.2), вентилях (Рис.3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы:
Рис.2. Разрушение водяного насоса, и скан поверхности ротора насоса (Сканирующий мультмикроском СММ-2000) в результате насыщения теплоносителя кислородом.
Рис.3. Разрушение вентиля в результате насыщения теплоносителя кислородом.
Процессы кавитации несколько усиливается образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.
Высокая кислородопроницаемость полимерных труб может привести к разрушению металлических узлов в довольно короткие сроки: 3-5 лет.
Благодаря достижениям производителей полимеров современные полимерный трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз.
Трубы с высокой диффузией кислорода, применение которых недопустимо в высокотемпературных замкнутых системах отопления
- PEX (Однослойные трубы из сшитого полиэтилена)
- PPR (Однослойные трубы из полипропилена)
- PPR-FG-PPR (Полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR-GF-PPR, PPR-GF)
ДИФФУЗИЯ КИСЛОРОДА В ЗАМКНУТЫХ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СИСТЕМАХ ОТОПЛЕНИЯ (ТЕПЛЫЕ ПОЛЫ, ПАНЕЛЬНОЕ ОТОПЛЕНИЕ)
До недавнего времени считалось, что диффузия кислорода создает проблемы только в высокотемпературных системах, но в конце 2011 года авторитетная шведская лаборатория EXOVA (ранее Bodycote Polymer) завершила 12-ти летние испытания полимерных труб в замкнутых низкотемпературных системах отопления (теплых полах, панельном отоплении). Результаты оказались несколько неожиданными, Рис. 4.
Рис.4. Заиливание стенок однослойной трубы в низкотемпературной системе отопления (Exova, 2011)
В низкотемпературных замкнутых системах отопления в кислородопроницаемых трубах (PEX, PPR, PPR-FG-PPR) проникающий через стенки трубы в теплоноситель кислород провоцирует развитие аэробных микроорганизмов, в результате стенки трубы заиливаются продуктами жизнедеятельности аэробных бактерий, и трубопроводная система со временем выходит их строя, теряя свою пропускную способность.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ С УЧЕТОМ ИХ КИСЛОРОДОПРОНИЦАЕМОСТИ (ГАЗОПРОНИЦАЕМОСТИ)
Термостойкость современных трубных полимеров уже давно достигла необходимого для систем отопления и горячего водоснабжения уровня 90. 95 С. При этом долговечность большинства современных полимерных труб перешагнула 50 летный уровень, а у труб из PE-RT полиэтилена и 100 летний.
Благодаря композитным конструкциям с армированием алюминием или стекловолокном удалось достичь высокой термической стабильности труб, тем самым отпала необходимость установки температурных компенсаторов в системах отопления и горячего водоснабжения, что в свою очередь снизило затраты на прокладку трубопроводов.
Таким образом основным критерием выбора типа полимерных труб для различных систем отопления и водоснабжения становится их кислородопроницаемость, Рис.5.
Рис.5. Области применения полимерных труб с учетом диффузии кислорода и термической стабильности
Безусловно, проблемы диффузии кислорода характерны для замкнутых систем отопления. В системах водоснабжения требования к трубопроводам значительно ниже.
Холодное водоснабжение: Применяются практически все известные типы однослойных и многослойных труб в том числе ПНД трубы.
Горячее водоснабжение: В Российской практике применяют самые разнообразные трубы, но с учетом требований к термической стабильности, предпочтительны многослойные трубопроводы: металлопластиковые на основе полиэтилена и полипропилена (PE-RT-Al-PERT, PPR-Al-PPR), или полипропиленовые трубы армированные стекловолокном (PPR-FG-PPR, PPR-GF).
Высокотемпературные замкнутые системы отопления: К сожалению, в Российской практике умудряются использовать самые различные трубопроводы. Однако, надежность системы могут обеспечить только термически стабильные кислородонепроницаемые трубы: металлопластиковые PERT-AL-PERT и металлопластиковые трубы PPR-Al-PPR (чаще их называют полипропиленовые трубы армированные алюминием, например PPR-Al-PPR OXY-Plus).
Причем, применение требующих зачистки наружного слоя полипропиленовые трубы армированные перфорированной алюминиевой фольгой (PPR-Staby) недопустимо. Алюминиевая фольга в этих трубах не имеет прочного адгезионного соединения со слоями полипропилена, что не обеспечивает необходимой термической стабильности, и приводит к быстрому расслоению и вздутию трубы. Дырчатая перфорация фольги труб PPR-Staby, призванная обеспечить сцепление наружного и внутреннего слоя полипропилена, является источником диффузии кислорода.
Низкотемпературные замкнутые системы отопления: Низкотемпературные системы наиболее развивающийся и самый перспективный сегмент потребления полимерных труб. Именно в виде низкотемпературных систем реализуются современные энергоэффективные системы отопления и кондиционирования: это теплые полы, панельное отопление и кондиционирования, системы использования геотермального тепла, теплообменники тепловых насосов. Долговечность низкотемпературных систем могут обеспечить только трубы с низкой диффузией кислорода : металлопластиковые трубы PERT-Al-PERT и многослойные трубы с барьерным слоем, например, PEX-EVOH-PE.
В настоящее время металлопластиковые трубы в этой области наиболее предпочтительны — кроме абсолютной кислородопроницаемости, алюминиевый слой обеспечивает им дополнительное преимущество — они обладаю "памятью" формы, т.е. не разгибаются после изгиба. Однослойные трубы и трубы с полимерным барьерным слоем форму не держат, и это создает определенные трудности при монтаже.
Стоит обратить внимание, что в низкотемпературных системах используются гибкие трубы, т.к. по сути, эти системы представляют собой теплообменные змеевики. Поэтому жесткие кислородонепроницаемые полипропиленовые трубы PPR-Al-PPR в низкотемпературных системах не применяются. Трубы выполнение в размерном ряду SDR-6 абсолютно не сгибаемы, трубы размерного ряда по ГОСТ Р 53603-2009 трудносгибаемы. Кстати, переход европейских стран на энергосберегающие низкотемпературные системы отопления и кондиционирования сильно сократил в последние годы потребление полипропиленовых труб в Европе. ( Подробнее. )
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРНЫХ ТРУБ
На рынке бытует мнение, что двигателем развития полимерных труб является многоэтажное строительство, однако это не совсем верно. в 2011 году 43% всего нового жилищного строительства РФ составляло малоэтажное строительство, в южных регионах доля малоэтажного строительства превышала 70%. По прогнозам Министерства регионального развития в 2020 году доля малоэтажного строительства превысит 80% всего жилищного строительства. Объем потребления труб малого диаметра (до 110 мм.) в 2020 году превысит 1,3 млрд. метров. (Подробнее. )
Безусловно, кроме технических характеристик перспективность той или иной трубопроводной системы определяется размерами сегментов ее применения. Оценим размеры сегментов на примере строительства типичного коттеджного поселка, Рис.6, 7.
Рис.6. Коттеджный поселок с площадью строений 45 338 кв.м.
Рис.7. Структура протяженности полимерных трубопроводов по назначению в типичном коттеджном поселке
Вышеприведенный рисунок наглядно демонстрирует значимость выбора трубопроводной системы с учетом кислородопроницаемости. 78% полимерных труб в малоэтажном строительстве должны обладать низкой диффузией кислорода. Причем, 50% это гибкие кислородонепроницаемые трубы типа PERT-Al-PERT, 28% кислородонепроницаемые трубы типа PERT-Al-PERT или PPR-Al-PPR OXY Plus, и только 22% трубопроводной системы может быть выполнена или однослойными трубами (PEX, PPR) или полипропиленовыми трубами армированными стекловолокном (PPR-FG-PPR, PPR-GF).
Перераспределение жилищного строительства в пользу малоэтажного строительства переносит проблему энергосбережения из государственной в личную, и поэтому переход на энергоэффективные системы отопления и кондиционирования мы, потребители, будем осуществлять сами. А необходимость этого вполне понятна. Традиционные системы радиаторного отопления неэффективны.
Опыт Европейских стран уже давно осуществляющих переход на энергосберегающие системы показателен, жилые здания в странах со схожими с Россией климатическими условиями потребляют тепла более чем 2 раза меньше чем российские, Рис. 8.
. Рис.8. Потребление тепла жилыми зданиями в странах со сравнивыми климатическими условиями
Для российских потребителей энергосбережение то-же становится крайне актуальн ой проблемой. Согласно официального прогноза Министерства экономического развития РФ на 2012 -2030 г.г. цены на газ в 2020 году вырастут более чем в полтора раза по сравнению с нынешним 2012, а к 2030 году почти в два раза. Электроэнергия подоражает в 2,1 раза в 2020 г. и в 2,78 раза в 2030 г. по сравнению с 2012, Рис. 9.
Рис.9. Рост цен на электроэнергию и газ, в % к 2012 г.
Это можно считать оптимистичным прогнозом. В действительности, вероятно, рост будет значительно выше — обычно министерства занижают неудобные данные.
Энергосбережение может кардинально изменить рынок полимерных труб для систем водоснабжения и отопления. Например, структура применения полимерных труб в вышеприведенном коттеджном поселке, оснащенном энергоэффективными системами напольного отопления и кондиционирования, системами использования геотермального тепла (тепловыми насосами) существенно меняется, Рис.10.
Рис.10. Структура протяженности полимерных трубопроводов по назначению в коттеджном поселке оснащенном энергоэффективными системами панельного отопления и кондиционирования, и системами использования геотермального тепла
Переход на энергосберегающие системы снизит затраты на содержание жилых домов, но обернется для потребителей увеличением первоначальных затрат на строительство. Это в свою очередь, сделает процесс выбора трубопроводной системы более вдумчивым. Для того, что бы подорожавшая система отопления и водоснабжения не стала постоянной головной болью при выборе труб будет необходимо учитывать все факторы влияющие на надежность системы: термостойкость, термостабильность, кислородопроницаемость, и разумеется, репутацию производителя.
В.В. Крикотин, генеральный директор,
М.А. Попов, директор по развитию,
ООО «Экструзионные машины», г. Дубна
(публикуется в сокращении)
В последнее время разработчики полимерных трубопроводов увлеклись снижением температурного удлинения труб, и как-то начали забывать про второй важный параметр полимерных труб — диффузию кислорода (кислородопроницаемость). А между тем, по своей значимости кислородопроницаемость полимерных труб показатель, пожалуй, более важный, чем температурная стабильность. Влияние температурного расширения, в конце концов, можно уменьшить с помощью компенсаторов (это, правда, приводит к удорожанию трубопроводной системы), но устранить диффузию кислорода кроме как изменением конструкции самой трубы невозможно.
Потребители, практически, не имеют возможности получить данные о кислородопроницаемости. Кроме производителей абсолютно кислородонепроницаемых металлополимерных (металлопластиковых) труб мало кто представляет данные о диффузии кислорода. Мы восполним этот пробел (табл., рис. 1) и покажем негативные последствия кислородопроницае- мости для трубопроводных систем.
Как видно из таблицы и рис.1, все однослойные трубы имеют самую высокую степень кислородопроницаемости.
Таблица. Характеристики трубопроводных систем.
Абсолютной кислородонепроницаемостью обладают только металлополимерные трубы PERT-Al-PERT, PPR-Al-PPR.
В многослойных трубах с барьерным слоем из этиленвинилового спирта PEX-EVON-PE показатель диффузии кислорода имеет сравнительно невысокое значение, но показатель температурного расширения соответствует однослойным трубам.
В настоящий момент только многослойные трубы PERT-Al-PERT и PEX-EVON-PE соответствуют ГОСТ Р 53603-2009 «Трубы напорные многослойные для систем водоснабжения и отопления».
Модная новинка — полипропиленовые трубы армированные стекловолокном PPR/PPRFG/PPR приблизились по показателю температурного расширения к металлопластиковым трубам, но высокая кислородопроницаемость делает их непригодными для систем отопления, тем самым крайне сужается сегмент их потребления.
Теперь, разобравшись с показателями кислородопроницаемости наиболее популярных полимерных трубопроводов систем отопления и водоснабжения, обратимся к негативным последствиям для замкнутых систем отопления, которые порождает высокая диффузия кислорода.
Влияние диффузии кислорода в полимерных трубах на замкнутую высокотемпературную систему (радиаторное отопление) хорошо известно. Проникающий через стенки трубы кислород насыщает разогретый до высокой температуры теплоноситель пузырьками кислорода, порождая кавитационные процессы в насосах (рис. 2), вентилях (рис. 3), во всех других металлических элементах трубопроводной системы.
Процессы кавитации несколько усиливаются образованием слабых кислот в теплоносителе в результате повышения концентрации того же кислорода.
Высокая кислородопроницаемость полимерных труб может привести к разрушению металлических узлов в довольно короткие сроки: 3-5 лет.
Благодаря достижениям производителей полимеров современные полимерные трубы обрели высокую долговечность (50-100 лет), но применение полимерных труб с высокой диффузией кислорода в высокотемпературных системах отопления сокращает срок службы трубопроводной системы в целом в несколько раз.
Выводы
Трубы с высокой диффузией кислорода, применение которых недопустимо в высокотемпературных замкнутых системах отопления:
■ PEX (однослойные трубы из сшитого полиэтилена).
■ PPR (однослойные трубы из полипропилена).
■ PPR-FG-PPR (полипропиленовые трубы армированные стекловолокном).
