О. П. Султанов, генеральный директор,
ПО «ТВЭЛ», г. Санкт-Петербург
Тепловые и водопроводные сети поистине являются ахиллесовой пятой в отечественных системах тепловодоснабжения, из-за их изношенности, низкого качества водо-подготовки и многих других, хорошо известных факторов. Давно стало ясным, что прежние технические решения себя исчерпали и требуются новые, передовые технологии. Пластиковые трубопроводы, как альтернатива стальным - один из таких путей, прекрасно зарекомендовавший себя во многих странах.
Чтобы сделать дополнительные инвестиции во второй теплогенератор, Например, газовый котел, этот режим работы, как правило, предпочтителен. Тепловой насос работает в течение нескольких очень холодных дней с помощью нагревательного стержня и проходит в течение большинства дней отопительного контура, которые не имеют больших размеров. Следует подчеркнуть, что правильная электрическая система отопления составляет всего от 2 до 4% от всех отопительных дней.
Ресурсы - в дырявую тубу
Работа нагревателей тепловых насосов должна применяться для ответственного поставщика энергии. Заказчик получает так называемый тариф теплового насоса, доля слабого груза которого составляет одну-две трети ниже текущей рыночной цены. Для этого необходимо установить второй измеритель тока. Также необходимо предусмотреть трехфазное соединение.
Ясно, что для внедрения этой технологии требуется понимание специфических проблем, связанных именно с применением пластика в условиях высокого давления и повышенных температур.
Так, известно, что применение обычного полиэтилена в качестве материала для труб возможно лишь для холодного водоснабжения, но никак не для теплоснабжения из-за низкой долговременной прочности полиэтилена.
При разработке источников тепла почвы и воды с использованием геотермальных коллекторов, геотермальных зондов или фонтанов грунтовых вод следует соблюдать положения Закона о водных ресурсах и административные правила, принятые землями. Геотермальные тепловые зонды требуют разрешения по водному законодательству, которое обычно собирается компанией по бурению скважин. Как правило, с одобрением нет проблем.
Для источника тепла вода должна получить разрешение, которое также обычно приносит буровая компания. Что касается «постукиваемого» источника тепла, выделяются следующие три группы тепловых насосов. Источник тепла очень рентабелен. Когда высокие внешние температуры являются высокими.
Альтернативой обычному полиэтилену может служить такой материал, как «сшитый» полиэтилен, обладающий прочностными свойствами, позволяющими его применение в производстве труб для теплоснабжения.
Различают несколько видов полиэтилена - продукта, полученного полимеризацией этилена:
■ низкой плотности (LDPE);
■ средней плотности (MDPE);
Никаких особых требований к размеру участка. Вот почему требуется немного больше энергии привода каждый год, чем с другими типами. Источником тепла может быть также вытяжной воздух из зданий или промышленности. Если имеется постоянный источник тепла с высоким уровнем температуры, можно достичь высокой производительности.
Сравнение РЕХ с полипропиленом
Горизонтальные коллекторы, как правило, устанавливаются более экономично, чем геотермальные зонды. Укладка геотермального зонда обычно осуществляется специализированной компанией. Кроме того, геотермальные коллекторы и геотермальные зонды могут быть меньшими с увеличением стандартов изоляции. Геотермальный коллектор работает как замкнутая система с рассолом в качестве теплоносителя, для которого используется смесь вода-гликоль.
■ высокой плотности (HDPE);
■ сверх высокой молекулярной плотности
(UHMWPE);
■ сшитый (PEX).
В обычном (сыром или не сшитом) полиэтилене (РЕ) длинные молекулы не сцеплены друг с другом в полимерной матрице. В то же время такие механические свойства как жесткость, прочность на разрыв и т.п. решительным образом зависят от взаимного расположения, «запутанности» молекул. Поэтому не удивительно, что возможность принудительной сцепки молекул друг с другом вызывает огромный интерес. Химическая сцепка молекул, известная как «сшивка», настолько меняет свойства сырого полиэтилена, что становится возможным применение материала для изготовления труб в теплоснабжении. (Заметим, что возможна и физическая сшивка за счет присутствия мелких частиц-вкраплений; здесь она не рассматривается).
Преимущества геотермальных коллекторов
Доступен весь год. Высокий температурный уровень источника тепла. Закрытая система с безопасной средой для растворения. Легкий доступ к источнику тепла. Вопрос о том, растут ли растения и деревья в геотермальном коллекторе, можно однозначно ответить «нет». Этот случай исключается, если геотермальный коллектор правильно спроектирован и выполнен. Отрицательные примеры из прошлого всегда можно получить с отсутствием или несовершенством планирования. По этой причине трубы коллектора должны быть уложены на минимальной глубине 1, 2 метра и на минимальном расстоянии 0, 5 метра.
Однако интерес к сшивке привел и к изрядной путанице, касательно методов производства и выгод той или иной технологии.
Что такое PEX?
РЕХ - обозначение сшитого полиэтилена. (Р - поли, Е - этилен, Х - символ крестообразности сшивки). Выделяются три технологии производства PEX:
1. пероксидная (нагрев в присутствии пероксидов);
В противном случае почва может образовывать закрытую ледяную плиту. Если площадь горизонтального геотермального коллектора недоступна, существует возможность вертикального или косого расположения. Этот тип коллекторов называется геотермальным зондом. Предпосылками для планирования и внедрения геотермальных зондов являются точное знание структуры почвы, последовательности слоев, сопротивления почв, а также наличия грунтовой и стратифицированной воды и определения направления ее потока. Поскольку, как правило, во время бурения ударяются грунтовые водоносные слои, необходимо получить разрешение в соответствии с водным законодательством для работы геотермальной зондовой системы.
2. силановая (обработка влагой HDPE, в который предварительно был имплантирован силан + катализатор);
3. радиационная (облучение электронами).В европейских стандартах приняты обозначения соответственно: PEX-A, PEX-B, PEX-C.
Все три технологии сшивают отдельные молекулы полиэтилена друг с другом в разных местах так, что получается сеть. Соответственно вводится понятие степень или плотность сшивки (доля геля) в %, которое отражает долю числа связей между молекулами полиэтилена. Рекомендуемое значение - 65-80%.
Геотермальные зонды особенно подходят для зданий, а также для новых зданий в горах с ограниченным свободным пространством, поскольку модернизация с помощью геотермических тепловых коллекторов часто невозможна из-за недостатка места. В противном случае применяются те же преимущества, что и для геотермических тепловых коллекторов.
В этом случае грунтовые воды удаляются из загрузочной скважины через погружной насос, пропускаются через испаритель теплового насоса или промежуточного контура теплообменника, охлаждают и возвращают через ласточку. Расстояние между конвейером и ласточкой должно быть не менее 10 м, чтобы избежать тепловых коротких замыканий. Направление потока, плодовитость и качество воды должны быть заранее определены с помощью испытаний насоса. Из-за местных колебаний качества грунтовых вод необходимо провести анализ воды в преддверии планирования завода.
Основная цель сшивки - получить тепловую стабильность материала, находящегося под давлением. Например, для труб из полиэтилена высокой плотности (HDPE), возможность реализации продолжительных нагрузок при температуре 60 ОС - крайне редка. После сшивки рабочая температура может достигать 100-120 ОС. Конкретный предел зависит от начальной плотности, степени и типа сшивки. ESCR (сопротивление трещинообразованию) также существенно повышается. Напряжение на разрыв остается тем же или чуть больше, а вот удлинение на разрыв становится меньше. Сшивка делает полиэтилен жестче.
Особенности полимерных труб
Если это не происходит, существует риск глотания и коррозии. Преимущества использования грунтовых вод. Рисунок 8: Нагрев теплового насоса с использованием грунтовых вод. Сегодняшние тепловые насосы - компактные и компактные устройства. На место установки не предъявляются особые требования, некоторые воздушные тепловые насосы также могут устанавливаться вне здания. Системы теплового насоса могут быть оптимально подобраны и адаптированы к потребностям заказчика.
В случае пассивного охлаждения передача тепла, Например, из здания в землю, переключая насос отопления и коллекторный насос летом с выключенным тепловым насосом. Существуют также системы, которые могут быть дополнены активным охлаждением. Все нагреватели теплового насоса могут хорошо сочетаться с солнечными коллекторами для нагрева или нагрева горячей воды. Одновременная работа солнечной системы особенно полезна в секторе первичной энергии, поскольку затраты энергии на каждый солнечный час киловатт-часа почти равны нулю, что позволяет экономить электроэнергию для теплового насоса.
Сшитый полиэтилен характеризуется такими параметрами как:
Доля сшивки;
Доля материала в форме кристаллита;
Напряжение на разрыв;
Удлинение на разрыв.
Технологии
1. Пероксидная. Пероксиды - некие химикалии, активирующиеся при повышенной температуре, порождающие свободные радикалы. Радикал отрывает атом водорода от атома углерода в цепи полиэтилена, оставляя РЕ-радикал. Такая активная молекула может соединиться с аналогичной и образовать связь - т.е. сшивку.
На ранней стадии процесса планирования следует обращаться к компаниям по энергоснабжению и ответственному строительному органу. Конструкция теплового насоса в основном зависит от температуры источника тепла и температуры потока отопительного контура. Это включает как количество рабочих характеристик, так и количество лет работы, а требуемое энергопотребление оценивается как первичная энергия. Планирование и выполнение в соответствии с уровнем техники должны иметь годовые рабочие показатели, превышающие 3, 0 при реальной эксплуатации установки, и, таким образом, снижение затрат менее 0, 3.
Самый популярный пероксид - 2,5-dimethyl-2,5-di-(butylperoxy) hexane. При комнатной температуре - в жидкой фазе, он может адсорбироваться на большом разнообразии поверхностей. При высокой (180-220 ОС) температуре разлагается, образуя свободные радикалы.
Только данная технология - пероксидная - осуществляет сшивку в расплавленной фазе. Благодаря этому гарантируется случайное распределение «стежков» сшивки по объему расплава. Следствием является также более низкая плотность отвердевшего материала. Здесь принципиально важен температурный контроль. Обычно поставщики пероксида берут на себя труд снабдить производителя необходимыми температурно-временными зависимостями.
Следующие данные являются переоценками. В любом случае необходимо учитывать информацию производителя. Источник тепла наружного воздуха доступен без ограничений. Из-за снижения мощности нагрева при падении наружных температур моноэнергетическая или двухвалентная работа теплового насоса обычно реализуется для уменьшения требуемых инвестиций.
Устройства могут быть установлены вне здания или в здании. Почва должна быть незастроенной, не покрытой или уплотненной. Приблизительно в 1, 5-2 раза требуется нагретая область области горизонтального абсорбера. Это соответствует примерно 30 м² площади пола на кВт тепловой нагрузки.
2. Силановая. Эта технология родилась в конце 60-х годов XX в. Имеется две ее разновидности:monosil и sioplas.
Сшивка происходит в твердой фазе.
Имеется возможность производства по этой технологии труб большого сечения, выдерживающих температуру до 110 ОС.
3. Радиационная. Облучение электронами полиэтилена при умеренной температуре, не требует добавки каких-либо веществ. На практике труба много раз проходит через линейный ускоритель. Чем больше доза (обычно выражаемая в мегарадах) - тем больше доля сшивки, происходящая также в твердой фазе.
Для отдельного дома с жилой площадью 120 м² и тепловой мощностью 7, 3 кВт, Например, два зонда по 63 м каждый. Транспортировка и проглатывание фонтанов должны быть не менее 10 м друг от друга. В зависимости от размера и сложности земляные работы также могут быть предоставлены клиентом на месте, благодаря чему должны быть обеспечены экспертные консультации мастера. Для установки геотермического зонда требуется специальная компания.
При координации торгов буровая компания обычно выступает в качестве субподрядчика. При выборе компаний-экспортеров их квалификация должна быть доказана наиболее удобно с помощью ссылок. Обратитесь в местную энергетическую компанию на ранней стадии. Помимо регистрации теплового насоса, в вашем списке указаны условия подключения, возможные тарифы на тепловые насосы и, возможно, возможные гранты.
Что лучше?
Получающиеся структуры сшитого полиэтилена и термомеханические свойства отличаются друг от друга при разных технологиях. Чтобы ответить на вопрос «какая из технологий лучше» - было проведено сравнение ; в качестве испытуемого образца использовался один и тот же материал -HDPE с имплантированным винил-силаном без катализатора.
Система теплового насоса нуждается в трехфазном токовом соединении с собственным счетчиком. Для проектирования электрического соединения технические условия подключения являются решающими в дополнение к деталям устройства производителя теплового насоса.
Тепловые насосы не требуют обслуживания, чем стандартные нагреватели. Интервалы, не требующие технического обслуживания, по отношению к замкнутому циклу охлаждения могут составлять до 10 лет в зависимости от продукта. На стороне воды и со стороны воздуха могут потребоваться короткие интервалы технического обслуживания в зависимости от загрязнения теплообменника.
Условия процессов для трех технологий - пероксидной, радиационной и силановой (далее на рис. 1,2,3 обозначены как 1, 2 и 3 соответственно) были следующими:
1. смесь сырья с пероксидами обрабатывалась при 170 ОС;
2. сырье облучалось излучением 1 МЭВ;
3. смесь сырья (95%) и ускорителя (5%) подвергалась воздействию влаги во влажном воздухе
(90% влажность) при 40 ОС.
Выбор полимерной трубы
В отличие от тепловых систем отопления, тепловой насос освобождается от обязательного обязательного обслуживания в соответствии с Федеральным постановлением о контроле за допущением. Инвестиционные затраты на дымоход и его обслуживание не нужны. Здание может нагреваться круглый год, в зависимости от теплового насоса и источника тепла, дополнительного отопления не требуется. Технология является зрелой, компактные устройства предлагают дополнительные возможности использования, такие как контролируемая вентиляция, рекуперация тепла или кондиционирование воздуха, что идеально отвечает требованиям современного жизненного пространства.
Измерения в ходе экспериментов проводились касательно:
Доли сшивки;
Поведения материала при кристаллизации;
Свойств расплава (при 190 ОС);
Сопротивляемости (при 150 ОС);
Удлинений на разрыв (при 150 ОС). Силановая технология сохраняет кристалличность - один из основных параметров полимера.
Какую бы систему отопления вы ни выбрали, вы всегда будете в безопасности с медной трубкой. Не имеет значения, работает ли отопление с использованием ископаемого топлива, солнечной энергии или геотермальной системы: благодаря своим свойствам медные трубы идеально подходят для всех типов отопления. Использование медных труб в стенах и системах напольного покрытия или в традиционных радиаторах - это не только хорошая инвестиция, но и экономия энергии.
Может ли медь помочь мне экономить энергию?
Да, участок медных труб является постоянным на протяжении всей установки и не уменьшается за счет соединений, в то время как соединительные фитинги других трубопроводных систем могут ограничивать поток воды, заставляя насос работать более чем необходимо, Например, фитинги из пластиковой трубы могут уменьшить площадь трубы более чем на 60%.
Что касается механических свойств, то из рис. 4, 5 можно сделать вывод о более однородной сшивке в случае пероксидной технологии (кривая 1). В целом же разница не значительна.
С потребительской точки зрения любая из технологий дает похожие результаты при соблюдении всех условий процесса.
Медные трубы также способствуют экономии энергии благодаря их низкой внутренней шероховатости, что снижает потери тепла и нагрузки, снижая потребление энергии циркуляционными насосами. На самом деле циркуляционные насосы для систем центрального отопления являются одними из самых неэффективных потребителей электроэнергии в наших домах. Несколько исследований показали, что 90% этих насосов имеют плохой дизайн. Система, полностью изготовленная из медных труб, может уменьшить работу насоса до 50%. Это полезно для вашего кармана и для окружающей среды!
Силановая технология - менее требовательна, по сравнению с пероксидной технологией, и может выполняться практически на любом экструзионном оборудовании. Единственный недостаток - необходимость работы паровой бани в строгом согласии со скоростью процесса. Силановая технология в целом позволяет получить более гибкий и экономичный процесс сшивки. В противоположность другим методам полиэтилен сшивается силан-кислород-силан радикалами, а не углерод-углерод радикалами. К недостаткам радиационного метода следует отнести дороговизну. Его используют чаще в производстве термоусаживающихся муфт или изоляционного материала для кабелей. Его преимущество перед пероксидной технологией (такое же, впрочем, как и силановой) - сшивка происходит в готовом по форме предмете. Несмотря на недостатки этого метода, число его приверженцев неуклонно растет.
Сравнение РЕХ с полипропиленом
Полипропилен получается полимеризацией пропилена. Его разновидности следующие:
■ гомополимер (РР-Н);
■ блок-сополимер (РР-В);
■ рандом сополимер (РР-RC).
Один из главных показателей качества труб -это сопротивляемость долговременным нагрузкам, как со стороны давления, так и температуры. Надо отметить ярко выраженную температурно-временную зависимость прочности полимерных труб.
На рис. 6 приведены зависимости «допустимое окружное напряжение в зависимости от срока службы» для сшитого полиэтилена (РЕХ) и полипропилена (РР-С) при рабочей температуре 95 ОС.
Видно, что темп снижения прочности с ростом температуры у труб из полипропилена значительно больше, чем у сшитого полиэтилена. Сравним, далее PEX и PPRC, взяв в обоих случаях трубы типа PN20 (тип PN40, например, означает, по определению, что данная труба выдерживает давление 40 ат при 20 ОС в течение 50 лет) с разными наружными диаметрами 20 и 110 мм и сравним толщины стенок:
Толщины стенок PEX труб меньше, чем для РР труб.
Сравним теперь для труб PN20 допустимые рабочие давления при разных температурах, но при одном общем условии: срок эксплуатации -50 лет:
Из этого сравнения видно, что трубы PEX способны выдерживать большие давления при высоких температурах, чем трубы PPRC. Монтаж полипропиленовых труб в условиях бесканальной прокладки осуществляется прямыми участками, требующими специальных технологий для соединения (сварка, пайка, клей). Сильные напряжения, возникающие в PPRC-трубах, требуют установки компенсационных устройств. Всех этих недостатков лишены трубопроводы из PEX - ибо они представляют собой гибкие и самокомпенсирующиеся трассы, монтаж которых осуществляется с применением бухт. Замена стальных труб на PEX в условиях города выигрывает перед заменой на пропиленовые, т.к. именно в этом случае требуется особенно виртуозная прокладка трассы, сохраняющая без изменений сложившуюся структуру других коммуникаций.
Если рассмотреть тенденции применения разных пластиковых труб в Европе, то PEX лидирует (рис. 7).
Надо отметить, что в ряде регионов России имеется опыт практического применения пластиковых трубопроводов в ППУ изоляции и гидрозащитной оболочке из полиэтилена. Интересно отметить пример замены изношенной теплотрассы, проложенной канальным методом, в городе Великий Новгород. Пришедшие в негодность трубы были демонтированы, и вместо них был уложен пластиковый трубопровод длиной 50 м и диаметром несущей трубы 110 мм в существующий железобетонный короб Z-образной формы. В ходе гидравлических испытаний он находился в незасыпанном состоянии. В момент подачи давления и температуры (7 ат, 50 ОС) трубопровод не выказал никаких признаков деформации.
При создании централизованного теплоснабжения в городах большое внимание сегодня уделяется качеству теплоизоляции трубопроводов и их долговечности. Решить все связанные с этими требованиями вопросы наиболее эффективно позволяют предварительно изолированные металлические или полимерные трубы. В качестве материала для создания теплоизоляции используют пенополиуретан или сокращенно ППУ. Пенополиуретан имеет подходящую для создания теплоизоляции мелкоячеистую структуру с замкнутыми порами. Материал отличается низкой теплопроводностью и небольшим влагопоглощением. В качестве недостатков ППУ можно назвать горючесть и ограниченную температурную стойкость.
Пластиковые трубы в ППУ-изоляции используют для прокладки внешних тепловых сетей, их производство ведется в соответствии с требованиями ГОСТ Р 52-134 - 2003. Они могут быть изготовлены из нескольких видов полимеров:
- полипропилена,
- сшитого полиэтилена,
- хлорированного поливинилхлорида,
- теплостойкого полиэтилена,
- полибутена,
- композитов.
Довольно большой объем рынка пластиковых труб в ППУ-изоляции занимают изделия из сшитого полиэтилена (РЕХ). Главное их преимущество - хорошие гибкость, химическая стойкость и теплостойкость. Радиус поворота составляет около метра, уровень допустимой температуры - 950С. Максимально допустимое рабочее давление этих пластиковых труб в ППУ-изоляции составляет 1 МПа. Поскольку такие стройматериалы выпускаются в виде бухт, то монтаж теплотрассы проводится довольно быстро. Разные марки отечественных труб такого типа имеют свои пределы диаметра. Так, например, у «Изопекс» и «Армафлекс» это 110 мм, у «Изопрофлекс»- 160. Недостатками изделий из сшитого полиэтилена является
- быстрое снижение прочности при повышении температуры,
- большая толщина стенок,
- высокая стоимость.
Сроки эксплуатации трубопроводов из этого вида полимеров напрямую зависят от рабочей температуры в системе. Так, например, при +200 С они составляют 14 лет, при + 600 С – 25, при +800 С – 10, а при + 900С только год. Уровень в +1000 С является для таких пластиковых труб в ППУ-изоляции аварийным, его они могут выдержать в течение всего 100 часов. Если возникает потребность в прокладке магистральных сетей большого диаметра, где теплоноситель будет иметь температуру до +150ºС, ее удовлетворяют с применением стальных труб в ППУ-изоляции. Если же максимальный уровень температуры теплоносителя не превышает + 95ºС, использовать выгоднее полимерные изделия. Эксплуатация полимерных коммуникаций обходится дешевле, поскольку такие трубопроводы не нуждаются в регулярных ремонтных работах по причине влияния коррозии и в электрохимической защите. Такие трубы могут применяться в системах отопления с электрическими котлами электродного типа или на ТЭН.
