Podobno nie ma bardziej znaczącego odkrycia w produkcji i zastosowaniu rur niż wynalezienie polipropylenu. Materiał ten umożliwił stworzenie rur polipropylenowych do ogrzewania. Właściwości techniczne rur grzewczych z polipropylenu przewyższają ich metalowe odpowiedniki, wyróżniając się wysoką wytrzymałością i niespotykaną trwałością.
Początkowo zaprezentowano kilka modyfikacji polipropylenu, z czego trzy stały się powszechne:
- homopolimer propylenu, kod PPH, nazywany jest „Typem 1”;
- kopolimery polipropylenowe, kod PPB, zwane „Typem 2” lub kopolimerami blokowymi;
- statyczny kopolimer polipropylenu z dodatkiem etylenu, kod PPRC, nazywany jest „Typem 3” lub kopolimerem statystycznym.
Znaczenie i rozmieszczenie polipropylenu pokazuje wielkość jego wykorzystania na świecie. Wśród wszystkich tworzyw sztucznych zajmuje drugie miejsce, zaraz po polietylenie. Stanowi jedną czwartą rynku tworzyw sztucznych. Jest stosowany praktycznie we wszystkich obszarach, w których polietylen jest już używany, a także zyskał swoją niszę.
Szczególną uwagę zwraca się na zastosowanie w rurach trzeciego rodzaju polipropylenu PPR. Zakres ich zastosowania obejmuje:
- utworzenie wodociągu do dostarczania zimnej i ciepłej wody;
- rurociągi do różnych związków chemicznych, w tym agresywnych;
- gazociągi;
- systemy nawadniające i odwadniające w rolnictwie.
Polipropylen jest lepiej odporny na korozję niż jego metalowe odpowiedniki, a nawet ceramiczne. Wewnętrzna powierzchnia produktów wykonanych z polipropylenu PPR ma mniejszą chropowatość, co powoduje mniejsze opory przepływu płynu. Materiał waży znacznie mniej niż stal czy ceramika. Rury polipropylenowe PPR do ogrzewania są wielokrotnie lżejsze od swoich odpowiedników, co ułatwia transport i montaż. Do ułożenia wodociągu nie jest konieczne angażowanie dużej liczby pracowników. Często do wykonania pracy o dowolnej złożoności wystarczy dwóch rzemieślników.
Jednak główną zaletą rur polipropylenowych jest wytrzymałość i elastyczność. Można je stosować w ujemnych temperaturach, nie boją się zamarzania wody w środku. Górna granica temperatury wynosi 95°C, a krótkotrwały wzrost wynosi do 110°C. To już daje doskonałe zalecenia dotyczące stosowania rur polipropylenowych w systemach grzewczych i to w praktycznie każdym formacie, z wyjątkiem być może ogrzewania parowego.
Zajęcia i ich zastosowanie w instalacjach grzewczych
Rury polipropylenowe dzielą się na kilka głównych klas w zależności od ich cech konstrukcyjnych:
- PN10 – rurociąg do cieczy zimnych do +45°С i nominalnego ciśnienia roboczego do 1 MPa
- PN16 – typ przejściowy do zaopatrzenia w wodę cieczy zimnych i ciepłych o temperaturze do +60°C i ciśnieniu do 1,6 MPa
- PN20 – rurociąg do cieczy gorących o temperaturze do +95°C włącznie, ciśnienie 2 MPa
- PN25 – rurociąg ze zbrojeniem do cieczy o temperaturze +95°C i ciśnieniu nominalnym do 2,5 MPa
Wytrzymywane ciśnienie nominalne najczęściej oznacza temperaturę cieczy +25°C. Wraz ze wzrostem temperatury dopuszczalne ciśnienie maleje, ale nadal jest wystarczające do zorganizowania systemów zaopatrzenia w wodę na potrzeby domowe i przemysłowe.
Niezależnie od rodzaju produktu polipropylen posiada następujące właściwości:
- Gęstość – 0,9 g/cm3
- Wydłużenie przy zerwaniu – 200-800%
- Moduł sprężystości przy zginaniu – 6700-12000 kgf
- Granica plastyczności na rozciąganie – 250-350 kgf/cm2
- Twardość Brinella – 6,0-6,5 kgf/mm2
- Przewodność cieplna materiału w temperaturze otoczenia +20°C 0,24 W/mC
- Ciepło właściwe w temperaturze +20°C – 2 kJ/kgC
Rura polipropylenowa PN10, PN16
Do systemów grzewczych stosuje się wszystkie typy rur polipropylenowych PPRC, w zależności od temperatury chłodziwa. PN10 nadaje się do organizowania podgrzewanych podłóg. Jest wystarczająco elastyczny, aby można go było zamontować w zwojach, dostarczany w zwojach, jest to kluczowy punkt, który pozwala na stworzenie całkowicie bezszwowych podgrzewanych podłóg o niemal dowolnej konfiguracji i dla każdego obszaru. Ponadto polipropylen jest wystarczająco mocny, aby wytrzymać dalsze zalewanie jastrychem bez deformacji lub wzajemnego niszczenia posadzek betonowych pod obciążeniem.
PN16 jest typem przejściowym i rzadko można go spotkać w sprzedaży. Można go jednak stosować do układania podgrzewanych podłóg lub niskotemperaturowych systemów grzewczych w domach prywatnych, a także zapewnia ogrzewanie szklarni i obiektów przemysłowych, gdzie stosuje się czynnik chłodniczy o temperaturze do +60°C.
Rura polipropylenowa PN20, PN25
W większości instalacji grzewczych wykorzystujących temperaturę chłodziwa do +95°C stosuje się klasy PN20 i PN25. Jednocześnie PN20 doskonale nadaje się do organizowania autonomicznego ogrzewania, w którym nie wytwarza się wysokie ciśnienie, a system musi mieć naczynie wyrównawcze lub zawór kompensacyjny z odpowietrzeniem. Problem z polipropylenowymi rurami grzewczymi PN20 można nazwać jedynie bardzo dużą przepuszczalnością materiału dla tlenu, co prowadzi do powstawania nadmiernego stężenia tlenu w płynie chłodzącym.
W przypadku instalacji centralnego ogrzewania pojawienie się gazów w płynie chłodzącym jest krytyczne, ponieważ może to prowadzić do powstawania kieszeni powietrznych, co negatywnie wpływa na stan głównych przewodów i wyposażenia kotłowni. Dlatego w przypadku mieszkań podłączonych do centralnego ogrzewania lepiej wybrać materiały polipropylenowe, których właściwości techniczne są bardziej praktyczne – PN25. Wzmocnione są cienką blachą aluminium. Warstwa metalu o stałej grubości ścianki znajduje się pośrodku, pomiędzy warstwami polipropylenu. Wszystkie warstwy materiału kompozytowego łączone są za pomocą kleju, co zapobiega ich przemieszczaniu się względem siebie na skutek rozszerzalności cieplnej i wpływów mechanicznych w granicach dopuszczalnych wartości.
Rura PN20 wykonana z polipropylenu PPRC wytrzymuje znaczne ciśnienie 2,5 MPa i temperaturę cieczy do +95°C (krótkotrwale do +110°C). Jednocześnie główną zaletą stosowania wzmacniającej warstwy aluminium jest brak przenikania dyfuzyjnego tlenu do wnętrza. Naturalnie zwiększają się właściwości wytrzymałościowe i maleje współczynnik rozszerzalności cieplnej. Ze względu na obecność warstwy wzmacniającej procedura instalacji jest nieco bardziej skomplikowana, ale nadal jest łatwiejsza niż układanie wyrobów metalowych dowolnego formatu.
Inną opcją wzmocnionej rury polipropylenowej o dobrych właściwościach technicznych jest materiał kompozytowy, w którym warstwa zmieszana z włóknem szklanym jest zawarta pomiędzy dwiema warstwami polipropylenu. Zbrojenie to znacznie zwiększa wytrzymałość i zmniejsza rozszerzalność cieplną. Zaletą takich rur PPR jest brak konieczności zdejmowania warstwy zbrojonej przed spawaniem.
Stosując porównywalne rury i kształtki z polipropylenu, ich właściwości techniczne zapewniają niską przewodność cieplną, czyli zatrzymywanie ciepła w cieczy od kotła do grzejnika. Znacząco zwiększa to efektywność całego ogrzewania i oszczędza paliwo. Jednocześnie przewodność cieplna jest wystarczająca do zastosowania materiału w systemach ogrzewania podłogowego. W tym przypadku obniżona przewodność cieplna zapewnia równomierne ogrzewanie podłogi bez gwałtownego spadku, gdy na początku obwodu ciepło szybko ucieka do otoczenia.
Sposoby łączenia, armatura
Ogromną praktyczną zaletą rur polipropylenowych do ogrzewania wyrobów metalowych jest sposób ich montażu. W tym celu stosuje się szeroką gamę specjalnych złączek, zaprojektowanych dla każdej średnicy i typu. Wśród złączy znajdują się prawie wszystkie możliwe opcje, które pozwalają zaprojektować okablowanie w dowolnym formacie. Dostępny:
- złącza;
- trójniki, krzyżyki;
- kolano;
- adaptery;
- zawory odcinające i sterujące;
- zszywki i kompensatory;
- odcinki.
Szeroka gama złączy i adapterów z jednej strony posiada otwór do lutowania rury PPRC, a z drugiej metalową wkładkę z gwintem wewnętrznym lub zewnętrznym jest bezpiecznie osadzona, aby zapewnić mocne, niezawodne połączenie przy przejściu z tworzywa sztucznego na metal .
W przypadku instalacji grzewczych takie adaptery są niezwykle potrzebne, ponieważ najczęściej końcówki kotłów grzewczych lub pionów centralnego ogrzewania wykonane są z metalu, dlatego należy ostrożnie i solidnie przejść z niego na tworzywo sztuczne. Ponadto takie adaptery służą do podłączenia dodatkowego sprzętu pomiarowego lub kontrolnego do linii wodociągowej.
Ze względu na drobne różnice pomiędzy rurami różnych producentów, należy dobrać i zakupić także złączki właśnie u niego. Można dokładnie określić, czy wada jest włożona, jeśli rura zostanie włożona do kształtki nawet w stanie zimnym.
Niezastąpioną właściwością polipropylenu, podobnie jak wielu innych tworzyw sztucznych, jest możliwość ich silnego lutowania w stosunkowo niskich temperaturach. Na złączu tworzy się monolityczny, jednorodny dyfuzyjnie szew o znacznej szerokości, zapewniający połączenie często znacznie mocniejsze i trwalsze niż spawanie stali. Połączenie polipropylenowych rur grzewczych z wysokiej jakości instalacją nie odbiega od wytrzymałości samego produktu, co jest prawie niemożliwe do osiągnięcia przy użyciu metalu.
Osobno warto zwrócić uwagę na konieczność stosowania specjalnych kompensatorów do rur polipropylenowych, zwłaszcza niewzmocnionych. Podczas pracy systemów grzewczych materiał odkształca się pod wpływem ciepła i zimna, współczynnik rozszerzalności liniowej dla rur zbrojonych, choć znacznie mniejszy, jest nadal obecny.
Specjalne kompensatory mogą sobie z tym poradzić, stosując do ogrzewania niewzmocnioną rurę polipropylenową. Pętlę przygotowuje się wokół okręgu o promieniu 10-15, który jest przyspawany do obszaru o wystarczająco długim czasie trwania, na przykład w pionach między piętrami. W przypadku częstych skrętów i stosowania złączek typu kolanka czy trójnik, rury mocuje się nie w miejscach łączenia, lecz w odległości około 10-15 cm od nich, pozostawiając rezerwę mocy. Wszystkie mocowania wykonane są bez wiązania sztywnego, przesuwnego.
Funkcje instalacyjne
Wszystkie kształtki do polipropylenu mają średnicę większą niż średnica rury i posiadają otwór o średnicy wewnętrznej nieco mniejszej niż średnica zewnętrzna rury. Gdy złączka jest zimna, nie należy dociskać jej do rury. Tylko za pomocą specjalnego sprzętu, lutownicy z kilkoma rodzajami dysz, można równomiernie podgrzać warstwę polipropylenu na powierzchni rury i wewnątrz kształtki do stanu stopienia. Następnie części łączy się siłą, bez skręcania i sprawdza się zależność między osiami rury a złączką. Po ochłodzeniu połączenie uważa się za gotowe, ale wymaga dodatkowych testów przed uruchomieniem systemu.
Należy pamiętać, że w przypadku stosowania do ogrzewania rur polipropylenowych ich właściwości pozwalają jedynie na krótkotrwałe wytrzymywanie temperatur powyżej 95°C, a przy temperaturze granicznej dopuszczalne ciśnienie maleje. Dlatego instalując autonomiczne systemy grzewcze, należy najpierw usunąć metalową rurę co najmniej pół metra od kotła, a następnie przejść na plastik. Dotyczy to zwłaszcza kotłów zasilanych paliwem stałym i gazem, a także bez automatycznego sterowania. Mogą doświadczyć przegrzania płynu chłodzącego lub nadmiernego nagrzania bezpośrednio na wylocie.
Dobrze, aby na złączu nie tworzyły się sole twardości, miejsca naprężeń i odkształceń, jak to ma miejsce przy spawaniu konstrukcji metalowych. Jednak wytrzymałość złącza zależy bezpośrednio od czystości łączonych powierzchni. Dlatego przed spawaniem złącza należy oczyścić z brudu i odtłuścić.
Wszystkie kształtki przeznaczone do łączenia wyrobów polipropylenowych mają za zadanie stworzyć jednolitą powierzchnię wewnętrzną. Jednak w tym celu należy przestrzegać ścisłych zasad instalacji. Wewnątrz kształtki np. złączki znajduje się ogranicznik, do którego należy wsunąć krawędź rury. Ogranicznik ten wraz ze ściankami rur i warstwą szwu tworzy możliwie najbardziej równą powierzchnię. W przypadku nieprawidłowego montażu, np. gdy złączka nie jest całkowicie wsunięta, powstaje wgłębienie, które stwarza dodatkowy opór dla przepływu płynu.
Po otrzymaniu ogólnych informacji na temat rur polipropylenowych i ich właściwości technicznych możesz bezpiecznie przeanalizować własny system grzewczy. Jak wspomniano wcześniej, nie trzeba zabiegać o najdroższe rury zbrojone, jeśli wystarczy rozmiar rury PN10-PN20. W każdym przypadku lepiej wybrać najbardziej praktyczną opcję. Którą opcję systemów grzewczych wybraliście? Proszę o podzielenie się swoimi kryteriami. Co wpłynęło na wybór konkretnych rur jako podstawy własnego systemu grzewczego?