Dr inż. Andrzej Grzegorczyk

4.   PRZEWODY W INSTALACJACH GRZEWCZYCH.

Obecnie w Polsce stosowane są przewody instalacyjne ze stali, miedzi oraz tworzyw sztucznych. Materiały te wykorzystuje się zarówno do wykonywania nowych instalacji, jak i modernizacji istniejących. Z zachowaniem pewnych warunków można łączyć za pomocą specjalistycznych kształtek - rury stalowe z rurami miedzianymi lub z tworzyw sztucznych i odwrotnie.

Każda instalacja grzewcza musi spełniać wymagania  zawarte w „Warunkach technicznych wykonania i odbioru robót budowlano-montażowych”, tom II – „lnstalacje sanitarne i przemysłowe" oraz PN-64/B-10400 Urządzenia centralnego ogrzewania w budownictwie powszechnym. Wymagania i badania techniczne przy odbiorze.

Rury stalowe

Do połowy lat osiemdziesiątych rury stalowe były najpopularniejszym materiałem w wykonawstwie instalacji grzewczych z powodu niedostępności na polskim rynku innych materiałów. Obecnie nadal się je stosuje, ale nie mają już tak dominującej pozycji na rynku. Są tanie, mają bardzo dużą wytrzymałość mechaniczną i można je wykorzystywać bez ograniczeń w systemach grzewczych. Natomiast wadą jest duży ciężar, korozja i zarastanie, duże przewodnictwo cieplne oraz przenoszenie dźwięków.

Przewody instalacji grzewczych, zarówno wodnych, jak i parowych, wykonuje się z rur stalowych czarnych. Wymiary tych rur są podane w: PN-74/H-74200 Rury stalowe ze szwem gwintowane (t.zw. rury instalacyjne); PN-80/H-74219 Rury stalowe bez szwu ciągnione i walcowane na gorąco ogólnego przeznaczenia oraz PN-84/H-74220 Rury stalowe bez szwu ciągnione i walcowane na zimno ogólnego przeznaczenia.

W instalacjach grzewczych nie należy używać rur ocynkowanych, gdyż w temperaturze powyżej 60°C warstewka cynku traci właściwości ochronne i zwiększa się korozja, a ponadto rur tych nie wolno spawać.

Rury stalowe ze szwem gwintowane produkuje się jako lekkie ze zmniejszoną grubością ścianek oraz średnie ze ściankami grubości normalnej.

Opis rury stalowej zawiera informacje dotyczące średnicy nominalnej i zewnętrznej, grubości ścianki i ciśnienia roboczego PN. Na rynku dostępne są rury stalowe o różnej średnicy, w odcinkach prostych długości 4-12 m, z zakończeniami gładkimi, gwintami lub kołnierzami.  Średnice rur stalowych ze szwem gwintowanych podawane są w postaci ciągu średnic nominalnych DN (w mm lub calach), natomiast rur bez szwu – średnica zewnętrzna i grubość ścianki (np. 76,1x3,2).

Przewody ze stali nie są odporne na korozję, a szorstka powierzchnia wewnętrzna rury sprzyja osadzaniu się kamienia kotłowego, co powoduje zmniejszenie przekroju wewnętrznego rur. Tym niekorzystnym zjawiskom przeciwdziała dobre odpowietrzenie instalacji, stosowanie zamkniętych systemów zabezpieczeń (np. z przeponowym naczyniem wzbiorczym) odpowiednia jakość wody instalacyjnej (i wody uzupełniającej) uzyskiwana np. dzięki dodatkom chemicznym oraz zamontowanie urządzeń do usuwania produktów korozji z obiegu grzejnego (odmulacz, filtr lub inne). Przy odpowiednim sposobie eksploatacji czas użytkowania instalacji stalowej może wynosić nawet kilkadziesiąt lat. Przy niesprzyjających warunkach okres ten ulega skróceniu nawet do kilku lat.

Prowadzenie i mocowanie przewodów. Przewody  stalowe wewnętrznej instalacji grzewczej mogą być prowadzone na wierzchu ścian, pod tynkiem, w bruzdach lub w pionach instalacyjnych. Duża sztywność wzdłużna nie wymaga częstego podpierania przewodów, a względnie mała rozszerzalność cieplna umożliwia proste ich prowadzenie. Przewody poziome instalacji ogrzewania wodnego prowadzi się ze spadkiem w kierunku źródła ciepła, w sposób umożliwiający jej odwodnienie oraz samoczynne odpowietrzenie.

Do mocowania przewodów stalowych stosuje się dwa rodzaje podpór: ruchome (przesuwne), umożliwiające osiowe przesuwanie się przewodu oraz stałe, unieruchamiające przewód (tzw. punkt stały). Podpory umieszcza się w określonych odstępach zależnych od średnicy rury i wytycznych producenta.

Prowadzenie i mocowanie rur miedzianych musi umożliwiać ich ruchy kompensacyjne oraz zabezpieczać je przed tarciem o inne elementy i przegrody budowlane. Przy przejściach rur stalowych przez przegrody budowlane (stropy, ściany) na przewody należy nakładać tuleje ochronne o średnicy wewnętrznej większej co najmniej o 10 mm od zewnętrznej średnicy przewodu. Nie wolno wykonywać żadnych połączeń przewodów w obrębie takiego przejścia.

Kompensacja i rozszerzalność cieplna. Przewody stalowe instalacji grzewczych, w których płynie czynnik o wysokiej i zmiennej temperaturze, zwiększają swoją długość. Aby nie dopuścić do powstawania zbyt dużych sił i naprężeń w przewodach, należy zapewnić im możliwość swobodnego wydłużania się stosując odpowiednie wydłużki (kompensatory) lub kompensację naturalną (samokompensację).

Kompensacja naturalna polega na układaniu przewodów w linii łamanej z odpowiednim rozmieszczeniem podpór stałych i przesuwnych. Umożliwia to swobodne wydłużanie się odcinków prostych na skutek uginania się kolan lub łuków. Jeżeli nie można wykorzystać samokompensacji przewodów, to stosuje się wydłużki, najczęściej w kształcie litery U. W obu przypadkach należy przewidzieć miejsce dla przemieszczających się części przewodu.  W wewnętrznej instalacji c.o. należy przede wszystkim wykorzystywać możliwość kompensacji naturalnej (np. podłączać piony do przewodów rozdzielczych poprzez rodzaj odsadzki, a nie bezpośrednio).

Rodzaje połączeń. W instalacjach ogrzewania z rur stalowych stosuje się:

·         rozłączne połączenia gwintowane, które wykonuje się, jeżeli ciśnienie robocze czynnika nie przekracza 12,5 bara, a temperatura 150°C. W taki sposób łączy się przewody ze sobą, z uzbrojeniem lub z przyrządami kontrolno-pomiarowymi, których końcówki są gwintowane Do połączeń stosuje się standardowe kształtki (kolanka, mu­fy, trójniki itp ) wytwarzane z żeliwa, sta­li, mosiądzu lub brązu. Połączenia gwintowe uszczelnia się konopiami oraz pastą miniową lub taśmą uszczelniają­cą (np teflonową). Połączeniem rozłącznym jest dwuzłączka („śrubunek”) płaska z uszczelką lub stożkowa (uszczelnienie „metal na metal”);

·         rozłączne połączenia kołnierzowe. Używa się ich do łączenia przewodów większych średnic lub w instalacjach wysokoparametrowych W zależności od ciśnienia robo­czego stosuje się kołnierze przyspawane okrągłe płaskie (do 16 barów) oraz kołnierze przyspawane okrągłe z szyj­ką (powyżęj 16 barów). Ze względu na duże średnice kołnierzy przewody tak łączone wymagają więcej miejsca i są trudniejsze do izolowania;

·         nierozłączne połączenie spawane. Dzięki wyelimino­waniu łączników i kołnierzy zwiększa się szczelność i wy­trzymałość połączenia (obecnie w instalacjach do­minują tego typu połączenia).

Armatura. W instalacjach grzewczych ze stali stosuje się armaturę przelotową, odcinającą (grzybkowa, kulowa, kielichowa), zwrotną, zawory bezpieczeństwa oraz inne urządzenia (filtry, pompy, wodomierze, rozdzielacze) z ma­teriałów spełniających podstawowe wymagania ochrony antykorozyjnej (żeliwo, mosiądz, brąz i inne). Obecnie pre­feruje się armaturę z dławnicami teflonowymi, a wśród ar­matury odcinającej - zawory kulowe (zanieczyszczenia w wodzie mogą zarysować uszczelnienie kuli i zawory te tracą szcelność)..

Zastosowanie i parametry robocze. Rurami stalowymi można transportować wodę grzejną lub parę o wszystkich stosowanych w ogrzewnictwie parametrach we wszystkich znanych układach ogrzewania wodnego i parowego Insta­lacje ogrzewania wodnego o temperaturze czynnika grzej­nego do 115°C i ciśnieniu do 10 barów oraz instalacje paro­we niskoprężne wykonuje się ze średnich rur stalowych ze szwem (połączenia gwintowe) lub z lekkich rur stalowych ze szwem (spawanych). Do średnic ponad 65 mm stosuje się rury stalowe bez szwu walcowane na gorąco.

Jeżeli parametry wody grzejnej; przekraczają 115°C lub 10 barów, a także w ogrzewaniu parowym wysokopręż­nym, do wykonania instalacji stosuje się średnie rury stalo­we ze szwem, a w wypadku średnic większych niż 80 mm rury stalowe bez szwu walcowane na gorąco Dla tego za­kresu ciśnienia i temperatury nie stosuje się połączeń gwintowanych. Przewody skroplinowe ogrzewania parowe­go wykonuje się z rur stalowych ze szwem. Przewody w obrębie kotłowni wykonuje się z rur stalowych ze szwem, a średnic większych od 100 mm - z rur bez szwu walcowa­nych na gorąco.

Przewody stalowe izoluje się od zewnątrz materiałami ciepłochronnymi. Wymagane jest zabezpieczenie antyko­rozyjne zewnętrznych powierzchni przewodów (przez po­malowanie farbami ochronnymi).

Rury miedziane

Miedz jest obecnie materiałem często stosowanym w in­stalacjach ogrzewania wodnego Główną zaletą rur mie­dzianych jest duża odporność na korozję i zarastanie. Mniejsze średnice zewnętrzne (dzięki małej grubości ścianki) w stosunku do rur stalowych i z tworzyw sztucznych umożliwiają łatwiejsze rozprowa­dzenie i ukrycie rur miedzianych.

Należy zwrócić uwagę na dużą przewodność cieplną oraz duży współczynnik rozszerzalności cieplnej przewo­dów z miedzi. Są one również droższe od przewodów stalowych.

Miedziane rury instalacyjne klasyfikowane są w trzech stanach różniących się stopniem twardości, właściwościa­mi mechanicznymi i użytkowymi:

·         miękkim, oznaczenie R220, F22 lub r (Æ6-54 mm, ru­ry w kręgach do 50 m),

·         półtwardym, oznaczenie R250 lub z4 (Æ6-267 mm, ru­ry w odcinkach prostych 3 i 5 m),

·         twardym, oznaczenie R290, FSO, F37 lub z6, (Æ6-267 mm, rury w odcinkach prostych 3 i 5 m). Rury w stanie twardym mają największą wytrzymałość mechaniczną i twardość

Prawidłowo zaprojektowane, wykonane i eksploatowane instalacje miedziane są trwałe i gwarantują wyeliminowa­nie niebezpiecznych form korozji miedzi, do których należy korozja wżerowa i korozja erozyjna. Elementem zabezpie­czającym miedz przed korozją jest ochronna warstewka tlenkowa. Korozja wżerowa objawia się lokalnymi ubytka­mi metalu w wyniku miejscowego zniszczenia warstewki tlenkowej, korozja erozyjna natomiast polega na wypłuki­waniu warstewki tlenkowej. W miedzianych instalacjach grzewczych należy koniecznie instalować filtr zatrzymujący zanieczyszczenia i produkty ewentualnej korozji. Czynni­kiem korozyjnym jest również tlen zawarty w wodzie insta­lacyjnej. Z tego względu preferuje się układy zamknięte ogrzewań wodnych (z przeponowym naczyniem wzbiorczym). W małych instalacjach ogrzewania stężenie tlenu w wodzie nie wywołuje korozji, ponieważ w czsie pracy instalacji zostaje on czę­ściowo wyparty termicznie na skutek odgazowania wody, a częściowo zużyty do tworzenia ochronnej warstewki tlenkowej. Woda dopełniająca (uzupełnianie instalacji) dostarcza tak niewielkiej ilości tlenu, że nie może on wywoły­wać korozji, oczywiście pod warunkiem niewielkich ubyt­ków wody z instalacji. W dużych instalacjach tlen może powodować korozję. Aby tego uniknąć, woda do napełniania i do uzupełniania ubytków musi spełniać wymagania PN-93/C-04607 Woda w instalacjach centralnego ogrze­wania. W instalacjach miedzianych nie dopuszcza się na­pełniania instalacji i uzupełniania ubytków wodą sieciową (z sieci cieplnej).

Korozję instalacji może spowodować bezpośrednie łą­czenie miedzi ze stalą, stalą ocynkowaną czy aluminium (tworzą się ogniwa elektrochemiczne powodujące inten­sywne rozpuszczanie się materiału bardziej elektroujemnego i powodują korozję punktową doprowadzającą do perforacji ścianki rury). Aby przeciwdziałać temu zjawisku, należy oddzie­lać miedz od innych materiałów przekładką izolacyjną. Zgodnie z PN-93/C-04607 łączenie stali i miedzi w instala­cjach ogrzewania jest dopuszczalne, gdy zawartość tlenu w wodzie instalacyjnej wynosi poniżej 0,1 mgO2/dm3. W in­stalacjach hermetycznych (układ zamknięty) stosuje się przeponowe naczynia wzbiorcze wykonane ze stali węglo­wej. Jednak przy właściwym odpowietrzeniu nie stanowi to zagrożenia korozyjnego, ponieważ stal styka się z wodą stojącą i o niskiej temperaturze, czyli o ograniczonym wy­dzielaniu tlenu.

Prowadzenie i mocowanie przewodów. Przewody miedziane wewnętrznej instalacji grzewczej mogą być pro­wadzone na wierzchu ścian, pod tynkiem, w bruzdach, pod posadzką, w listwach przypodłogowych lub w pionach in­stalacyjnych. W zależności od potrzeb mogą one być izolo­wane i malowane. Przewody poziome ogrzewania wodne­go prowadzi się ze spadkiem w kierunku źródła ciepła, w sposób umożliwiający odwodnienie instalacji oraz jej sa­moczynne odpowietrzenie.

Rury mocuje się do przegród budowlanych za pomocą uchwytów z tworzywa sztucznego, blachy miedzianej lub metalowych obejm z podkładką gumową lub z tworzywa, która zapobiega uszkadzaniu zewnętrznej powierzchni ru­ry. Ze względu na sposób zamocowania rozróżnia się pod­pory przesuwne i stałe. Rozmieszcza się je w określonych odstępach, zależnych od średnicy przewodu i zaleceń pro­ducenta.

Prowadzenie i mocowanie rur miedzianych musi umożli­wiać ich ruchy kompensacyjne oraz zabezpieczać je przed tarciem o inne elementy i przegrody budowlane. Przejścia przez przegrody budowlane wykonuje się w tulejach ochronnych, bez połączeń w ich obszarze. Armatura w in­stalacjach miedzianych wymaga użycia dwóch podpór (uchwytów) - tuż przed i za armaturą - w celu przenoszenia obciążeń związanych z obsługą i masą armatury na przegrodę budowlaną, a nie na cienkościenne rury miedziane. W miejscu takiego mocowania tworzy się punkt stały.

Do mocowania przewodów miedzianych wykorzystuje się również łączniki z gotowymi uchwytami, najczęściej w formie stopki z otworami pod śruby mocujące. W wypad­ku prowadzenia przewodów w warstwach podpodłogowych wymaga się jedynie wstępnego mocowania rur w ce­lu ukształtowania i utrzymania trasy lub formy wężownicy przed przykryciem powłoką budowlaną.

Kompensacja i rozszerzalność cieplna. Podczas mon­tażu instalacji z rur miedzianych, bez względu na sposób ich prowadzenia, należy pamiętać o kompensacji wydłużeń cieplnych rur oraz właściwym mocowaniu w uchwytach stałych i przesuwnych. Podstawy kompensacji wydłużeń cieplnych są identyczne jak w wypadku przewodów ze sta­li. Ponieważ jednak współczynnik wydłużalności cieplnej miedzi wynosi 0,016 mm/m°C, zagadnienie to wymaga uważniejszego projektowania.

Ogrzewanie podłogowe. Właściwości rur miedzianych, a zwłaszcza duża podatność na kształtowanie (gięcie), umożliwiają powszechne ich stosowanie w ogrzewaniu płaszczyznowym, jakim jest ogrzewanie podłogowe. Do je­go wykonywania wielu producentów przygotowuje gotowe elementy prefabrykowane.

Do ogrzewania podłogowego stosuje się rury miedziane w stanie miękkim nagie lub w płaszczu tworzywowym, roz­wijane z bębna. Pozwala to na swobodne kształtowanie układu rur oraz wykonanie całej wężownicy grzejnej z jed­nego odcinka rury. Jeśli jest to niemożliwe, wówczas odcin­ki wężownic należy łączyć wyłącznie metodą kapilarnego lutowania lutem twardym.

Rodzaje połączeń. W instalacjach grzewczych dopu­szcza się następujące połączenia rur miedzianych:

·         kapilarny lut miękki - połączenie nierozłączne za pomo­cą miedzianych kształtek. Lut wykonywany jest w temperatu­rze do 450°C. Taki sposób połączenia przeznaczony jest do instalacji grzewczych o temperaturze roboczej do 110°C;

·         kapilarny lut twardy - połączenie nierozłączne za po­mocą miedzianych kształtek. Lut wykonywany jest w tem­peraturze przeszło 450°C;

·         spawanie doczołowe - połączenie nierozłączne. Przez spawanie można łączyć tylko rury gatunku SF-Cu (oznakowanie gatunku miedzi o ściśle określonych właści­wościach fizycznych i składzie chemicznym) średnicy po­wyżej 108 mm i grubości ścianki co najmniej 1,5 mm;

·         połączenie kołnierzowe rozłączne, z lutowanym koł­nierzem z mosiądzu lub brązu; z lutowaną tuleją oporową z mosiądzu lub brązu oraz luźnym kołnierzem ze stali; z prefabrykowaną końcówką kołnierzową z rury miedzianej spawanej doczołowe do rury oraz luźnym kołnierzem ze stali;

·         łączniki zaciskowe - połączenie rozłączne, które po­wstaje przez dociśnięcie rury miedzianej do dwustronnego łącznika za pomocą gwintowanych nakrętek. Ze względu na ryzyko rozsunięcia użycie łączników zaciskowych wy­maga odpowiedniego rozmieszczenia mocowań przeno­szących siły osiowe;

·         łącznik prosty z gwintem i końcówką do lutowania - połączenie rozłączne; części składowe łącznika są połą­czone z rurami przez lutowanie, dzięki czemu ich zastoso­wanie jest praktycznie niezależne od parametrów robo­czych instalacji.

Do wszystkich rodzajów połączeń - oprócz spawania - wykorzystuje się standardowe kształtki (mufki, kolanka, trójniki i inne), przygotowane do danego systemu.

Armatura oraz inne urządzenia (filtry, wodomierze, roz­dzielacze) do stosowania w miedzianych instalacjach grzewczych powinny być wykonane z mosiądzu, brązu lub stali kwasoodpornej, ewentualnie z tworzyw sztucznych. Ponieważ przewody miedziane mają mniejszą średnicę niż stalowe, również armatura ma mniejszą średnicę i jest lżej­sza. Obecnie preferuje się armaturę z dławnicami teflonowymi i zawory kulowe. W kotłowniach i wymiennikowniach należy projektować armaturę demontowalną o rozłącznych połączeniach, natomiast w samej instalacji armaturę do lu­towania.

Zastosowanie i parametry robocze. Z rur miedzianych można wykonać wszystkie znane układy ogrzewań wodnych zarówno w systemie grawitacyjnym, jak i z pompą obiegową (jedno- i dwururowe). W przypadku układów gra­witacyjnych należy stosować przewody o dużej średnicy, co znacznie zwiększa koszt inwestycji.

Do systemu ogrzewania podłogowego lub grzejniko­wego wykorzystuje się rury i kształtki miedziane średnicy 6-267 mm. Obecnie produkuje się następujące rodzaje rur:

·         gładkie w zwojach i prętach zabezpieczone przed ko­rozją wżerową;

·         w osłonie z tworzywa sztucznego w zwojach i prętach;

·         izolowane cieplnie w zwojach i prętach.

Każda rura miedziana musi być oznaczona napisem za­wierającym: numer normy, średnicę zewnętrzną, grubość ścianki, stan kwalifikacyjny, znak identyfikacyjny wytwórcy i datę produkcji.

Do instalacji miedzianych najkorzystniejszym rozwiąza­niem są grzejniki miedziane, ale można też stosować grzej­niki żeliwne i stalowe. Nie wolno natomiast w instalacjach miedzianych montować grzejników aluminiowych.

Do instalacji miedzianych najlepsze są kotły ze stali sto­powych lub kotły przepływowe z miedzianą wężownicą. Dopuszcza się stosowanie kotłów żeliwnych. Nie zalecane jest natomiast łączenie instalacji miedzianych z kotłami ze stali węglowej.

Rury z tworzyw sztucznych

Rury z tworzyw sztucznych charakteryzują się odporno­ścią na korozję i osadzanie się zanieczyszczeń oraz małą odpornościa na niszczące działanie promieni ultrafiole­towych (promieni słonecznych). Mały ciężar przewodów ułatwia ich transport i mocowanie. Niska przewodność cie­plna zmniejsza straty ciepła i ryzyko zamarzania. Jeżeli już dojdzie do zamarznięcia wody w przewodach, to nie ulegają one zniszczeniu odkształcając się pod naporem lodu. W przeciwieństwie do rur stalowych i miedzianych, przewody z tworzyw doskonale tłumią drgania instalacji. Wadą rur z tworzyw są niskie dopuszczalne parametry pracy i bardzo duża liniowa rozszerzalność termiczna. Po­nadto w wysokiej temperaturze przewody te miękną, a w temperaturze ujemnej stają się kruche.

...