Внутренние санитарно-технические трубопроводы.
Полимерные материалы

В. Е. Бухин, канд. техн. наук, старший научный сотрудник НПО «Стройполимер»

 

Быстрое проникновение на рынок современных строительных технологий не могло не коснуться и инженерного оборудования зданий. Сегодня не нужно убеждать проектировщика, строителя или монтажника в преимуществах применения современных полимерных трубопроводов. Сравнительно короткий срок эксплуатации, засоры и зарастания, усложненная технология монтажа и неэстетичный вид внутреннего оборудования систем отопления и водоснабжения из стали явились причиной повсеместного перехода на новые инженерные системы.

Пластмассовые трубы российского производства из поливинилхлорида, полиэтилена высокой и низкой плотности, полипропилена применялись и применяются в системах водоснабжения и канализации и для технологических трубопроводов.

С 1963 года в системах внутренней канализации зданий серийно применяются трубопроводы из полиэтилена высокой плотности.

В 1996–1997 годах Минстроем России были приняты изменения к СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» и 2.04.05-91 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», открывшие возможность широкого применения во внутренних системах холодного и горячего водоснабжения и отопления зданий труб из полимерных материалов. Целью настоящей статьи является анализ применяемости этих материалов на примере промышленно развитых стран Европы.

За последнее десятилетие в этих странах наблюдается рост применения пластмассовых труб для внутренних систем холодного и горячего водоснабжения и отопления, а в некоторых промышленно развитых странах на эти трубы приходится около 60% ежегодно используемого объема труб для нового строительства и ремонта.

Данные, приведенные в табл. 1, 2, показывают потребление труб для внутренних санитарно-технических трубопроводов водоснабжения и отопления в Европе в 1992–2004 годах и в Восточной Европе в 1997–2004 годах по данным обзора фирмы KWD Market + Charts: «Plumbing & Heating Europe 2000» на июль 2000 года.

Таблица 1 Потребление стальных, медных и пластмассовых труб для внутренних санитарно-технических трубопроводов водоснабжения и отопления в Европе в 1992, 2000 и 2004 гг.

Материал Потребление труб, % 1992 г. 2000 г. 2004 г. Сталь 15,0 8,1 8,1 Медь 60,6 49,5 43,2 Пластмасса 24,4 42,4 50,6

Таблица 2 Потребление стальных, медных и пластмассовых труб для внутренних санитарно-технических трубопроводов водоснабжения и отопления в Восточной Европе в 1997, 2000 и 2004 гг.

Материал Потребление труб, % 1997 г. 2000 г. 2004 г. Сталь 46,9 34,4 25 Медь 26,5 30,5 31,9 Пластмасса 26,6 35,1 43,1

В экономически развитых странах Европы (табл. 1, 3) наблюдается и прогнозируется на ближайшие четыре года снижение потребления стальных оцинкованных, медных, полибутеновых, полипропиленовых труб и труб из хлорированного поливинилхлорида. Увеличивается потребление труб из сшитого полиэтилена и металлополимерных труб.

Таким образом, в ближайшие четыре года пластмассовые трубы завоюют половину трубного рынка. В Восточной Европе (табл. 2, 4) несколько иное соотношение.

Учитывая нарастающую активность иностранных фирм в насыщении строительного рынка России пластмассовыми трубами, а также расширение производства пластмассовых труб в самой России, интересно сделать анализ существующего состояния дел. Анализ показывает, что на российском рынке в последние годы предлагается полная номенклатура пластмассовых труб. Во внутренних санитарно-технических системах зданий используются трубы из полиэтилена и сшитого полиэтилена, полипропилена, полибутена, поливинилхлорида, хлорированного поливинилхлорида, а также композиты на основе полиэтилена и полипропилена.

Таблица 3 (подробнее) Потребление труб для внутренних санитарно-технических трубопроводов водоснабжения и отопления в Европе в 1992–2004 гг.

В общем можно утверждать, что все группы полимерных материалов, из которых изготавливаются трубы и соединительные детали, характеризуются одинаковой стойкостью к давлению и температуре. Так, все трубопроводы для горячего водоснабжения должны быть рассчитаны на максимальную рабочую температуру до 75°C, а для отопления -90°C при давлении до 0,6 МПа с учетом не менее чем 25 лет эксплуатации. Физические же свойства и способы соединений труб, выполненных из этих материалов, очень различаются.

Таблица 4 (подробнее) Потребление труб для внутренних санитарно-технических трубопроводов водоснабжения и отопления в Восточной Европе в 1997–2004 гг.

Самым распространенным материалом для систем холодного водоснабжения является полиэтилен. Напорные трубы из полиэтилена низкого давления и полиэтилена высокого давления (высокой и низкой плотности соответственно) выпускаются по ГОСТ 18599-83. По этому ГОСТу трубы изготавливают с наружными диаметрами 10–1 200 мм из ПНД (ПВП) и 10–160 мм из ПВД (ПНП). По давлениям трубы выпускаются четырех типов: Л (PN 2,5); СЛ (PN 4);C (PN6) и T (PN10).

Трубы из полиэтилена низкого давления ПНД (высокой плотности ПВП) рассчитаны на допускаемое напряжение в стенке трубы 5 МПа, а из полиэтилена высокого давления ПВД (низкой плотности ПНП) – на допускаемое напряжение в стенке трубы 2,5 МПа. Классификация по группам плотности полиэтилена приведена в табл. 5.

Таблица 5 Международная классификация полиэтилена по группам плотности

Условное обозначение Группа плотности Международное условное обозначение Показатели плотности, г/см3 ПНП Низкая PELD 0,910–0,925 ПСП Средняя PEMD 0,926–0,940 ПВП Высокая РЕНО 0,941–0,965

Трубы из полиэтилена для газопроводов с рабочим давлением до 0,6 МПа производятся по ГОСТ Р 50838-95*. Трубы предназначены для газопроводов, транспортирующих природные газы газовых и нефтяных месторождений, отвечающие требованиям ГОСТ 5542-87, не содержащие ароматических и хлорированных углеводородов, и газовоздушные смеси, не содержащие указанных углеводородов. Трубы изготавливают из полиэтилена с минимальной длительной прочностью MRS 8,0 МПа (ПЭ 80) и MRS 10,0 МПа (ПЭ 100) двух видов: SDR 17,6 и SDR 11 диаметрами 20–225 мм.

Рабочие давления газа в газопроводах регламентированы и составляют 0,005; 0,3 и 0,6 МПа.

Трубы по ГОСТ 18599 могут использоваться для питьевого водоснабжения, а по ГОСТ Р 50838 – помимо газопроводов, и для других технических целей.

Трубы из полиэтилена используются для холодного водоснабжения, систем канализации малоэтажных зданий и технологических трубопроводов.

Новый материал – линейный полиэтилен LPE. Трубы LPE производятся из сополимера этилена с октеном, стойкого к высокой температуре и известного под торговой маркой Dowlex.

Трубы из полиэтилена Dowlex PE MD поставляются на российский рынок польской фирмой KAN s. c., имеющей представительство в Москве, и ее дилерами ОАО ПКФ «МБК» (Москва) и ЗАО «Батекс-Плюс» (Волгоград). Трубы изготавливаются в двух сериях:

— Трубы LPE (Dowlex PEMD), соответствующие нормам DIN 16776, 16833 и 4726, выпускаются с PN 12,5 и PN 20 (с антидиффузионной защитой) для радиаторного и подпольного отопления, выполняются трехслойными, состоящими из полиэтилена LPE (Dowlex PEMD), с нанесенным на трубу связующим слоем из модифицированного полиэтилена и антидиффузионного слоя (этиленвинилового спирта – EVOH). Общая толщина внешних слоев (EVOH и связующего слоя) составляет 0,25 мм.

— Трубы LPE (Dowlex PEMD), соответствующие нормам DIN 16776 и 16833, выпускаются с номинальным давлением PN 20 (без антидиффузионной защиты) для внутреннего горячего и холодного водоснабжения.

Ассортимент труб приведен в табл. 6.

Таблица 6 Сортамент труб LPE (Dowlex PEMD)

Тип труб Характеристики Номинальный наружный диаметр и допускаемое отклонение, мм Толщина стенки и ее допуск, мм Номинальное давление PN, бар PLE, соответствующие нормам DIN 16776, 16833 и 4726 (с антидиффузионной защитой) 12+0,3 14+0,3 18+0,3 25+0,3 2,0+0,4 2,0+0,4 2,0+0,4 3,5+0,6 12,5* 12,5* 12,5* 20 LPE, соответствующие нормам DIN 16776 и 16833 (без антидиффузионной защиты) 18+0,3 25+0,3 2,5+0,5 3,5+0,6 20 20

* Трубы с PN 12,5 предназначены для давления 0,6 МПа и температуры 90°C, используются в оборудовании центрального отопления. Трубы диаметрами 12 и 14 мм с толщиной стенки 2 мм соответствуют номинальному давлению PN 20.

В системе KAN-term в качестве стандарта приняты следующие диаметры и типы труб из LPE:

— для оборудования центрального отопления: трубы PN 12,5 с антидиффузионной защитой диаметром 12x2; 14x2; 18x2 мм и трубы PN 20 с антидиффузионной защитой диаметром 25x3,5 мм;

— для внутреннего оборудования горячего и холодного водоснабжения: трубы PN 20 без антидиффузионной защиты диаметром 18x2,5; 25x3,5 мм.

Параметры работы и условия использования труб LPE представлены в табл. 7, а их физические свойства – в табл. 8.

Одним из наиболее распространенных материалов является сшитый полиэтилен (ПЭС). Сшивание полиэтилена осуществляется физическим и химическим способами, что позволяет получать материалы с разными потребительскими свойствами. Из всех пластмассовых труб именно трубы из сшитого полиэтилена наиболее широко используются в системах напольного и радиаторного отопления. В Европе спрос на трубы из сшитого полиэтилена оценивается в 218 млн м, что составляет 53% всех проданных пластмассовых систем труб.

Большинство систем из сшитого полиэтилена может выдерживать температуру 95°C при давлении 1 МПа. Кроме того, эти трубы имеют хорошую гибкость.

Таблица 7 Параметры работы и условия использования труб LPE

Тип трубы Условия использо- вания Рабочая температура, °C Рабочее давление, МПа Максимальная температура, °C LPE PN 20 (без антидиффузионной защиты) Холодное водоснабжение 20 1,0 - Горячее водоснабжение 60 1,0 - LPEPN 12,5 и PN20 (с антидиффузионной защитой) Радиаторное отопление 80 0,6 90 Подпольное отопление 60 0,6 60*

* Допустимая максимальная температура для напольного отопления.

Сшивание полиэтилена осуществляется одним из нескольких способов, особенности которого отражаются в маркировке труб. При маркировке способ получения сшитого полиэтилена обозначается латинскими символами а, b, с:

— РЕХ а – полиэтилен, сшитый пероксидным способом;

— РЕХ b – полиэтилен, сшитый silane способом;

— РЕХ с – полиэтилен, сшитый потоком электронов.

Благодаря сшивке свойства исходного полиэтилена существенно изменяются, в частности улучшаются длительная прочность, химическая стойкость, стойкость к растрескиванию, ударная прочность и морозостойкость. Трубы из ПЭС наиболее широко используются в системах отопления.

Стоимость производства труб из ПЭС резко возрастает при изготовлении труб больших диаметров, и это является одной из причин того, что в большинстве случаев их диаметр не превышает 32 мм. Однако фирмы Alphacan (Франция) и Wirsbo (Швеция) в последнее время уже производят трубы диаметрами до 110 мм, а фирма Metzerplas (Израиль) – до 500 мм.

В России пока нет серийного производства исходных композиций для выпуска труб из сшитого полиэтилена. Саратовская фирма «Бир Пекс» и московская фирма «Ван Тубо» изготовляют трубы из импортного полиэтилена РЕХ b. Наиболее крупными зарубежными поставщиками труб из сшитого полиэтилена являются фирмы Wirsbo, Rehau (РЕХ а) и Comap (РЕХ b). Технические требования к трубам из сшитого полиэтилена определяются согласно DIN 16892/93 и 4726/29 (с антидиффузионной защитой).

Таблица 8 Физические свойства труб LPE

Показатели Значение показателей Плотность, г/см3 0,94 Коэффициент теплопроводности, Вт/мК 0,41 Коэффициент линейного теплового расширения, К–1•1О–4, при температуре, °C 20 1,4 100 2,0 Шероховатость внутри трубы (абсолютная), мм 0,005 Диапазон рабочих температур, °C -40 — +90 Модуль Е, Н/мм2 (МПа) 600

Композитные трубы появились на строительном рынке в начале 1980-х годов. Значительные достижения технологии их производства определяются тремя факторами:

— возросшим внедрением на рынок пластмассовых систем;

— возможностью блокирования проникновения кислорода в пластмассовые системы для отопления;

— потребностью новаторских разработок для улучшения сбыта.

Основное преимущество многослойных композитных труб в системах водоснабжения и отопления – снижение кислородопроницаемости до нормативной и объединение достоинств пластмассовых и металлических труб в одном материале, который имеет хорошую прочность на разрыв в сочетании с гибкостью и коррозионной стойкостью.

Поставка труб производится в бухтах длиной 50–200 м. Режим эксплуатации: давление до 1,0 МПа, температура до 90°C.

Следует отметить, что многие фирмы выпускают композитные трубы, имеющие барьер для предотвращения диффузии кислорода, не только из алюминия, но и из этиленвинилового спирта (EVOH). Толщина слоя EVOH, нанесенного на наружную поверхность трубы, – 0,2–0,25 мм.

Большинство композитных трубных систем на рынке представляет собой комбинацию сшитый полиэтилен – алюминий.

Хотя композитные трубы используются для систем как водоснабжения, так и отопления, вероятно, наиболее быстрыми темпами будет развиваться использование их для радиаторного отопления, на которое в настоящее время приходится 45% всех продаж.

Таблица 9 Номинальные рабочие давления для металлополимерных труб в зависимости от температуры эксплуатации

Номинальный диаметр, мм Номинальное рабочее давление, МПа, при температуре эксплуатации,°C 20 95 16 2,0 1,0 20 2,0 1,0 25 2,0 1,0 32 1,6 0,8

Металлополимерные (композитные) трубы производятся в России фирмами «Металлополимер», «Рента», НПО «Пластик». Значительное количество металлополимерных труб поступает от зарубежных производителей.

Согласно европейским нормам металлополимерные трубы должны отвечать требованиям, приведенным в табл. 9.

Правилами регламентируется минимально допустимая степень сшивки полиэтилена, используемого для изготовления труб: РЕХ а – 75%; РЕХ b – 65% и РЕХ с – 60% (DIN 16892). Размерные характеристики труб приведены в табл. 10.

Таблица 10 Размерные характеристики труб металлополимерных труб, мм

Номинальный диаметр и допускаемое отклонение Минимальная толщина слоя Общая толщина внутреннего наружного алюминиевого минимальная максимальная 16+0,3 0,6 0,4 0,20 1,8 2,2 20+0,3 0,7 0,4 0,24 2,0 2,5 25+0,3 0,9 0,4 0,30 2,3 2,8 32+0,3 0,9 0,4 0,30 2,8 3,3

Металлополимерные трубы должны выдерживать испытания согласно ISO 10508:1995 на внутреннее давление 1 МПа, а также 5 000 циклов при попеременной выдержке 15 мин при 20±2°C и 15 мин при 95±2°C.

Полибутен – освоенный и хорошо зарекомендовавший себя материал для труб отопления и горячего водоснабжения.

Основными преимуществами этих труб являются:

— возможность сваривания;

— меньшая толщина стенок по сравнению с толщиной стенок пластмассовых труб при одинаковых эксплуатационных характеристиках;

— более чем 50-летний срок эксплуатации при температуре 70°C.

Наиболее широко трубы из полибутена применяются в Англии и Германии. Перспективы роста спроса этих труб более скромные, чем труб из сшитого полиэтилена, – в среднем 5–6% в год (при этом в равной степени для систем отопления и водоснабжения). На российском рынке трубы из этого материала предлагают фирмы Aquatherm и «Терма-сервис» (Gaboterm). Однако, по данным производителей полибутена, его производство прекращено в 2000 году. По-видимому, вместо труб из полибутена будет использоваться сшитый полиэтилен.

Полипропилен получил наибольшее распространение в системах холодного и горячего водоснабжения. В Европе используют около 60 млн м труб из полипропилена, что составляет 27% общего числа всех пластмассовых труб. Преимущество полипропилена в том, что его можно сваривать и, соответственно, можно использовать дешевые соединительные детали. Номенклатура изделий представлена широким набором соединительных деталей, запорной арматуры и труб. Для внутренних систем холодного и горячего водоснабжения используется наиболее теплостойкая разновидность полипропилена (тип 3) – сополимер пропилена с этиленом (рандом сополимер). Трубы делятся на три вида: для холодной воды (номинальное давление 1 МПа (PN 10)), для горячей (PN 20) и армированные алюминием (PN 25) для низкотемпературных систем отопления (до 75°C). Алюминий играет роль антидиффузионной защиты от кислорода. При температуре свыше 75°C эти преимущества становятся менее заметными по следующим причинам:

— Для достижения соответствующего уровня эксплуатационных качеств толщина стенок полипропиленовых труб должна быть больше, чем у труб из сшитого полиэтилена или хлорированного ПВХ. Использование большого количества материала сводит на нет преимущества в базовой цене полимера.

— Полипропиленовые трубы имеют меньшую гибкость, чем трубы из сшитого полиэтилена, что является недостатком при использовании их для напольного отопления.

— Высокая стоимость комбинированных деталей.

Благодаря относительной дешевизне, простоте монтажа и растущей доступности полипропилену в России прогнозируется значительное расширение рынка. Этому способствует и наличие СП 40-101-96 «Свод правил по проектированию и монтажу трубопроводов из полипропилена рандом сополимер».

В России производится как полипропилен трубных марок, так и сами трубы. Значительное количество полипропиленовых труб импортируется из европейских стран, где для внутренних систем водоснабжения и отопления используется статистический сополимер пропилена с этиленом тип 3, с MRS 8 – PPR 80.

Полипропилен (гомополимер – тип 1) широко применяется для изготовления трубопроводов внутренней канализации.

Одним из крупнейших российских поставщиков напорных и канализационных полипропиленовых труб и деталей является НПО «Стройполимер» (Москва).

Поливинилхлорид и хлорированный поливинилхлорид – жесткие материалы, используемые в основном в системах водоснабжения и в силу своей высокой химической стойкости – в технологических трубопроводах. Благодаря своей жесткости эти трубы очень эффективны для стояков больших диаметров. Трубы из поливинилхлорида могут эксплуатироваться до 45°C, а из хлорированного поливинилхлорида до 95°C. Эти трубы негорючи и обладают более низким коэффициентом линейного теплового расширения по сравнению с трубами из перечисленных выше материалов.

Трубы напорные из непластифицированного поливинилхлорида изготавливаются в России по ГОСТ Р 51613-2000 с раструбом и без раструба, в том числе для хозяйственно-питьевого водоснабжения, диаметрами 10–315 мм с классификацией по MRS: НПВХ-100 (MRS 25 МПа при С=2,5) и НПВХ-125 (MRS 25 МПа при С=2). Российскими производителями являются НПО «Пластик» (Москва) и АООТ «Кубра» (г. Сызрань, Самарская обл.). Отечественные и зарубежные производители поставляют на российский рынок также трубы и соединительные детали из НПВХ для внутренней канализации. Трубы и детали из хлорированного поливинилхлорида по ISO 727 и DIN 8079/8080 на российском рынке предлагаются фирмами Kabelwerk AG Eupen (Бельгия) и Georg Fischer (Швейцария), а дюймовой серии по ASTM D2846 – фирмой Nibco (США).

Трубы из стеклопластика во внутренних санитарно-технических трубопроводах не используются.

Таким образом, из изложенного выше следует, что на российском строительном рынке предлагаются трубы и соединительные детали из пластмасс всех типов, перечень которых приведен в табл. 11.

Таблица 11 Материалы для пластмассовых трубопроводов

Структурная формула Материал Условные обозначения русские международные Полиэтилен: низкой плотности средней плотности высокой плотности ПЭ ПНП ПСП ПВП РЕ PELD PEMD РЕНО Сшитый полиэтилен: 1) в зависимости от способа сшивки и защиты от диффузии кислорода: пероксидный органосилоксанами радиационный 2) с противокислородным диффузионным барьером из: алюминия этиленвинилового спирта ПЭС РЕХ РЕХа РЕХЬ РЕХс PEXa-AI-PEXa PEXa-EVOH Полипропилен: гомополимер — тип 1 блоксополимер — тип 2 рандом сополимер — тип 3 с противокислородным диффузионным барьером из алюминия ПП РР РРН РРВ PPR PPR-AI- PPR Полибутен с противокислородным диффузионным барьером из этиленвинилового спирта ПБ РВ PB-EVOH Поливинилхлорид ПВХ PVC Хлорированный поливинилхлорид ПВХХ PVCC   Стеклопластики со связующими из: эпоксидных смол полиэфирных смол   GRE GRP