încălzire în pardoseală
În ciuda faptului că încălzirea în pardoseală cu suprafețe mari de radiație și cu aer cald în canalele de sub podea este cunoscută de peste două milenii, respectiv încălzirea în pardoseală cu apă caldă și conducte de încălzire înglobate în structura construcției (tavan, perete și podea) de aproape 100 de ani, în practică, prevalează în mod semnificativ sistemele de încălzire cu corpurile de încălzire tradiționale - radiatoarele - și cu transfer termic prin convecție în interior.
Așadar, întrebarea de bază este: de ce încălzire prin convecție și nu prin radiație?
ÎNCĂLZIRE PRIN RADIAȚIE
În cazul încălzirii prin radiație a spațiilor interioare, se folosește fluxul termic radiat de suprafața de încălzire (corpul de încălzire), care încălzește direct, adică fără intermediul aerului interior, construcțiile de suprafață ale spațiilor interioare, iar doar o foarte mică parte din fluxul termic este transferat prin convecție direct aerului din spațiul încălzit (adică opusul încălzirii prin convecție a spațiului interior cu corpuri de încălzire prin convecție). De aceea, și temperaturile suprafețelor interioare ale construcțiilor care delimitează spațiul interior sunt mai mari decât temperatura aerului din spațiul astfel încălzit (din nou opusul încălzirii prin convecție a spațiilor interioare).
Razele termice emise (radiate) de suprafețele corpurilor solide încălzite (suprafețele de încălzire prin radiație) sunt de fapt unde electromagnetice cu lungimea de undă între 0,78 și 400, adică în intervalul infraroșu al spectrului undelor electromagnetice, care se propagă cu viteza de 300 000 km/s.
PROPAGAREA CĂLDURII LA ÎNCĂLZIREA PRIN RADIAȚIE
În cazul rezolvării teoretice a sistemelor de încălzire în spațiile interioare ale clădirilor, este întotdeauna necesar să se determine puterea termică de încălzire, adică fluxul termic necesar pentru a asigura confortul termic dorit pentru om - utilizatorul.
Puterea termică de încălzire se calculează cel mai adesea în tehnica de încălzire pe baza condițiilor de echilibru termic al spațiului încălzit (interior, încăpere etc.) în regim stabilizat. În acest calcul este esențial să se facă distincția între încălzirea prin convecție (unde corpul de încălzire transferă în spațiul încălzit un flux termic în principal prin convecție) și încălzirea prin radiație, adică încălzirea în pardoseală (unde suprafața de încălzire transferă în spațiul încălzit un flux termic în principal prin radiație).
Din aceste considerații rezultă că, în cazul încălzirii prin radiație, suprafața de încălzire transferă fluxul termic prin radiație - fără intermediul aerului interior - către suprafețele învecinate din interior, care se răcesc, fiind valabil faptul că temperatura eficientă (adică temperatura medie a suprafețelor învecinate) este mai mare decât temperatura aerului.
Este clar, așadar, că la încălzirea prin radiație o parte semnificativă a căldurii se propagă prin radiație, iar doar o mică cantitate de flux termic este transferat prin convecție. De aceea, în calculul puterii termice de încălzire, trebuie determinat:
- echilibrul termic al suprafeței de încălzire radiativă,
- echilibrul termic al aerului,
- echilibrul termic al suprafeței de încălzire radiativă și al aerului,
- echilibrul termic al spațiului încălzit.
TIPI DE ÎNCĂLZIRE PRIN RADIAȚIE
În prezent, încălzirea prin radiație poate fi împărțită astfel:
- încălzire cu suprafețe mari (încălzirea tavanului, a pereților și a pardoselii), cunoscută ca încălzire în pardoseală
- încălzire generală cu panouri radiante suspendate,
- încălzire individuală cu plăci apropiate (panouri radiante),
- încălzire cu emițătoare infraroșii.
Din această împărțire se observă că, în principiu, suprafața de încălzire radiativă poate fi amplasată în structura construcției ca parte integrantă a acesteia (sistem de încălzire cu suprafețe mari) sau poate fi creată ca o suprafață de încălzire autonomă, amplasată liber în spațiu (panouri radiante, plăci de încălzire, emițătoare infraroșii).
Dacă plecăm de la această diferență constructivă, atunci diferențele esențiale apar și în ceea ce privește temperatura suprafețelor de încălzire, ceea ce conduce apoi la alegerea mediului de încălzire și a temperaturii acestuia, și în final și la puterea termică specifică a suprafeței de încălzire radiativă.
ÎNCĂLZIRE PRIN RADIAȚIE CU SUPRAFEȚE MARI
Suprafața de încălzire la încălzirea prin radiație cu suprafețe mari este în mod obișnuit una dintre pereții care delimitează spațiul încălzit, adică tavanul, peretele sau podeaua.
Temperatura suprafeței de încălzire trebuie să fie destul de scăzută (40-45 °C la tavan, 55-60 °C la perete și 25-30 °C la pardoseală), ceea ce implică faptul că și temperatura mediului va fi la fel de scăzută. Suprafața de încălzire poate fi încălzită:
- cu apă caldă (cel mai frecvent),
- cu aer cald,
- electric (prin rezistență).
Din cele menționate rezultă clar faptul că sistemele de încălzire prin radiație cu suprafețe mari funcționează cu temperaturi scăzute ale mediului de încălzire. Aceste sisteme cu temperaturi scăzute sunt potrivite pentru utilizarea energiei obținute din surse energetice cu potențial scăzut, cum ar fi apa geotermală, energia solară, căldura de reciclare și căldura mediului. Suprafața de încălzire la încălzirea cu suprafețe mari este una dintre pereții care delimitează spațiul încălzit. În funcție de suprafața utilizată, împărțim sistemele cu suprafețe mari în:
- tavan
- perete.
În comparație cu încălzirea prin convecție cu corpurile de încălzire, încălzirea prin radiație cu suprafețe mari se deosebește prin modul de transfer al căldurii și prin relațiile termice din încăpere. La încălzirea convențională, corpul de încălzire încălzește aerul din încăpere, care transferă căldura pereților. Temperatura aerului interior este mai mare decât temperatura pereților. În încăpere apare un curgerea caracteristică a aerului și, ca urmare, o diferență semnificativă de temperatură între aerul de sub tavan și cel de lângă podea.
La încălzirea cu suprafețe mari, transferul de căldură are loc prin radiație și convecție. Procentul de căldură radiativă la încălzirea tavanului este de 80%, la încălzirea peretelui de 65% și la încălzire în pardoseală de 55%.
Execuția constructivă a suprafeței de încălzire este foarte variată. În principiu, deosebim două soluții de bază:
- suprafața de încălzire este integrată, adică este parte integrantă a structurii construcției,
- suprafața de încălzire este autonomă, adică este o placă încălzită, care este:
- fixată pe una dintre structurile construcției,
- sau amplasată liber în spațiul încălzit.
În primul caz, suprafața de construcție este încălzită de apă caldă care curge prin țevi (registre), iar aceste țevi sunt înglobate în structura construcției. La execuția încălzirii prin radiație, țevile de încălzire sunt suspendate în spațiul finalizat sub tavanul de susținere, iar în tavanul fals este acoperită cu un strat de tencuială. Plăcile de încălzire radiativ, care sunt amplasate pe structurile construcției în încăpere (sau chiar liber în spațiu), sunt cel mai adesea metalice, ceramică sau din sticlă. Aceste plăci sunt încălzite în mod obișnuit electric.
ÎNCĂLZIRE PRIN RADIAȚIE CU SUPRAFEȚE MARI ÎNCĂLZIRE ÎN PARDOSEALĂ
Dacă țeava de încălzire (registru) este parte componentă a podelei unui anumit interior, vorbim despre încălzirea prin radiație cu suprafețe mari în pardoseală. În prezent, este vorba despre un sistem de încălzire care, datorită multor caracteristici pozitive, trăiește o anumită renaștere și începe să fie utilizat tot mai mult în construcțiile rezidențiale (în special în casele de tip familial), în clădirile de servicii publice (grădinițe, școli de copii, săli de sport, piscine etc.), dar și în halele spațioase (garajele comune, fabricile industriale, construcțiile agricole).
Încălzirea în pardoseală pe suprafețe mari încălzire în pardoseală s-a folosit în trecut ca completare a încălzirii prin plafon, dacă suprafața plafonului nu era suficientă pentru a acoperi pierderile de căldură. Extinderea mai amplă a încălzirii în pardoseală a fost împiedicată și de cerința temperaturii scăzute a suprafeței pardoselii, ceea ce a dus la un mic randament termic. Noile construcții, proiectele arhitecturale, îmbunătățirea caracteristicilor termotehnice ale clădirilor și materialele construcțive progresive pentru realizarea sistemelor de încălzire au permis în prezent apariția unui număr mare de sisteme de încălzire în pardoseală.
Alegerea încălzirii în pardoseală este determinată în primul rând de însăși clădirea. Aceasta trebuie să îndeplinească caracteristicile termotehnice astfel încât pierderea termică medie să fie mai mică de 20 W.m-3, respectiv consumul anual mediu de căldură să fie mai mic de 70 până la 80 kWh.m-2. Din cele menționate rezultă clar că cerința minimă energetică este determinată în primul rând de însăși clădirea, apoi de regimul de funcționare cu posibilitatea acumulării de căldură în pardoseală cu inerție termică de aproximativ 4 până la 8 h și cu un grad ridicat de autoreglare.
Starea termică optimă a încăperilor cu încălzire în pardoseală este de obicei asigurată cu temperaturi rezultante mai mici cu 2 până la 4 K decât la încălzirea prin convecție, simultan cu un gradient termic aproape ideal atât vertical, cât și orizontal.
ÎNCĂLZIREA ÎN PARDOSEALĂ CU APĂ
Din constatarea anterioară rezultă clar că încălzirea în pardoseală cu apă aparține la sistemele de încălzire prin radiație, însă raportul dintre componenta radiativă și transferul total de căldură de la suprafața de încălzire este doar ușor mai mare decât fluxul termic prin convecție (55 % : 45 %). În același timp, acest lucru influențează foarte bine avantajele ambelor metode de transfer de căldură în interior.
Încălzirea în pardoseală cu apă este în același timp pe suprafețe mari, adică țevile de încălzire fac parte din construcția pardoselii. Din cauza cerințelor igienice legate de limitarea temperaturii suprafeței pardoselii și, prin urmare, de randamentele termice specifice relativ scăzute ale pardoselii de încălzire, țevile de încălzire sunt practic în mod constant amplasate sub întreaga suprafață a pardoselii. Aceasta influențează pozitiv uniformitatea transferului de căldură în interior și contribuie la crearea unui mediu termic omogen, fie în sens vertical, fie și orizontal.
Temperatura apei de încălzire este în mod obișnuit mai mică de 50 °C, deci putem vorbi simultan despre încălzirea în pardoseală cu apă și ca despre o încălzire la temperatură scăzută, ceea ce are mai multe avantaje. Pe de o parte, asigurarea economiilor semnificative de energie termică în funcționare, pe de altă parte, posibilitatea aplicării surselor energetice neconvenționale cu potențial scăzut, cum ar fi radiația solară, energia apei geotermale, respectiv pompele de căldură care utilizează căldura mediului.
Exact aceste fapte încadrează încălzirea în pardoseală cu apă printre sistemele de încălzire progresive, garantând toate cele trei E, adică aspectele energetice, ecologice și economice ale încălzirii clădirilor. Pe de altă parte, în ciuda existenței acestui mod de încălzire de peste 2 000 de ani, are loc o expansiune și o renaștere exact acum.
Prin urmare, este necesară o definire exactă teoretică a principiilor pentru aplicarea practică a încălzirii în pardoseală cu apă, ceea ce este legat de alegerea, calculul, proiectarea, evaluarea, construcția, montarea, reglarea, exploatarea și aplicațiile.
ALEGEREA CLĂDIRILOR PENTRU ÎNCĂLZIREA ÎN PARDOSEALĂ
Dacă nu orice obiect de construcție este potrivit pentru aplicarea sistemului de încălzire în pardoseală, este necesar ca la alegerea clădirii să se asigure cerințele:
- termotehnice,
- igienice,
- energetice.
STABILIREA PARAMETRILOR TERMOTEHNICI DECIZIVI
Caracteristicile termotehnice ale construcțiilor și clădirilor se asigură prin mărimi:
- rezistenței termice ale construcțiilor de construcții,
- atenuării termice ale construcțiilor de construcții,
- capacitatea termică de absorbție a construcțiilor de pardoseală,
- cantitatea de apă condensată și evaporată în construcțiile de construcții,
- permeabilității la aer ale construcțiilor de construcții, al interfețelor lor,
- stabilității termice a încăperii,
- consumului de energie pentru încălzire.
La proiectarea construcțiilor de construcții și clădirilor definite de starea stabilită a mediului interior sunt cerute criteriile temperaturii minime a suprafeței interioare conform articolului 3 STN 73 0540 și a consumului maxim de energie pentru încălzire conform articolului 21 STN 73 0540.
ȚEVI DE ÎNCĂLZIRE
Cel mai important element al pardoselii de încălzire este țeava de încălzire, de aceea vom caracteriza mai detaliat:
- țevi pentru încălzire,
- țevi pentru încălzire în pardoseală.
ȚEVI PENTRU ÎNCĂLZIRE
În prezent, la încălzirea centrală, se folosesc cel mai frecvent următoarele materiale de țevi:
- țevi metalice,
- țevi din plastic,
- țevi combinate.
ȚEVI METALICE
Se folosește oțel (negru), zincat, inoxidabil și cupru. Materialul țevilor și al racordurilor este variat (fontă temperată, bronz, cupru roșu etc.). Diversitatea materialelor este cauza coroziunii de contact, care are un mare impact asupra duratei de viață a instalației de încălzire.
a) Țevi din oțel
În rândul materialelor clasice de țevi. Se folosesc în special țevi din oțel neted, fără șurub. Conectarea s-a stabilit prin sudură și modificările spațiale în rețeaua de țevi se realizează prin îndoire la cald. Conectările filetate se folosesc doar pentru conectarea robinetelor și corpurilor de încălzire. Prin peste un secol de experiență s-a reușit eliminarea celei mai mari părți a deficiențelor. Rămâne doar cerința ridicată de sudură. Exact această circumstanță stă în prezent împotriva introducerii țevilor din oțel cu pereți subțiri în formă de profil dreptunghiular închis, deoarece sudura de oglindă nu este apreciată și nu se mai folosește obișnuit.
b) Țevi din oțel zincat
Țevile din oțel zincat sunt unul dintre cele mai vechi materiale de țevi, care totuși necesită un prelucrare remesnică perfectă. Stratul de zinc nu are întotdeauna aceeași grosime și aceeași calitate. La utilizarea filetoarelor moderne, în timpul realizării filetului, se produce adesea o slăbire semnificativă locală a părții de susținere a țevii. Această circumstanță, împreună cu îndepărtarea stratului zincat, este cauza coroziunii intergranulare. Deoarece conectările filetate necesită competență și sunt temporar costisitoare, se înlocuiesc, dacă este posibil, prin sudură. Se poate constata însă că utilizarea țevilor cu pereți groși este deja în declin.
c) Țevi din oțel inoxidabil
În aparență idealul de țevi din oțel inoxidabil a întâmpinat probleme în realizare. Sudarea în acest caz necesită un proces tehnologic foarte specializat, deoarece altfel se produc deformări transgranulare nedorite. În același timp, la lipirea cu argint, se produce adesea pericolul coroziunii în zona de contact dintre materialul de lipit și suprafața inoxidabilă. Abia la începutul anilor 1970 a avut loc o schimbare fundamentală, când firma Mannesmann a dezvoltat conectarea țevilor din oțel inoxidabil prin șuruburi autentice din oțel inoxidabil.
Această tehnică de montaj s-a răspândit treptat și la alte tipuri de țevi (de exemplu, din plastic, unde se folosesc în mod obișnuit șuruburi de presare din bronz). Prin presare specială a șurubului cu un instrument electric manual, se creează un îmbinare etanșă între țeavă și șurub în aproximativ 6 secunde. Singura slăbiciune pare să fie garnitura O-ring, presată și plasată la capătul șurubului, care este în mod obișnuit din cauciuc butilic. Opiniile privind durata de viață a acestui material diferă între ele și până acum nu s-au obținut suficiente experiențe pe termen lung.
d) Țevi de cupru
Cuprul aparține la unul dintre cele mai nobile materiale de țevi. Este însă esențial să se respecte strict dozarea inhibitorului în apa de încălzire. Prin reacția apei cu suprafața de cupru se formează atât o strat protector de oxid de cupru, cât și se eliberează ioni de cupru. Dacă, din neștiință sau din nevoi, după un segment de țevă de cupru este montată o țevă de oțel (chiar galvanizată) sau aluminiu, va rezulta o coroziune intensă a acestei suprafețe. Aici poate ajuta un inhibitor adecvat.
O procedură de lucru foarte importantă este montarea țevilor de cupru. Acestea se montează foarte avantajoasă prin lipire moale sau dură. Se lipesc moale la temperatura de 230 până la 240 °C, în funcție de tipul de lipit folosit, și la lipirea dură la 710 până la 730 °C. Aceste temperaturi trebuie respectate întotdeauna fără excepție. Se folosesc doar lipitori solubili în apă, a căror resturi pot fi spălate din țeavă.
Prin respectarea condițiilor de montaj și utilizarea cuprului dezoxidat SF-Cu cu conținut minim de cupru de 99,9%, se obține o garanție a unei rezistențe ridicate la coroziune și o rezistență suficientă chiar și pentru țevi subțiri. Montajul este destul de simplu și rapid. Țevile pot fi utilizate la presiuni de funcționare de până la 4 MPa și temperaturi de funcționare de până la 150 °C.
ȚEVI DIN PLASTIC
Din țevile potrivite pentru încălzirea centrală, este necesar să se facă diferența între sistemele de încălzire în pardoseală și cele clasice. Sistemele de pardoseală au nevoie de o mare flexibilitate a buclelor de țevi și, în plus, sunt mai puțin solicitate termic comparativ cu sistemele clasice de încălzire.
Pentru încălzirea în pardoseală sunt potrivite tipurile PB, PE-X, PVC-C, PP-R. În această privință, trebuie reținut că pentru tipul PVC temperatura maximă de funcționare este doar de 60 °C, iar pentru PVC-C temperatura de funcționare este permanentă de 90 °C și temporară de 110 °C. Un interval similar este valabil și pentru PB, PE-X și PP-R. O poziție specială o are PVDF, care poate fi utilizat până la o temperatură de 140 °C. În mod continuu, anumite valori trebuie clarificate. De exemplu, era cunoscut faptul că halogenii (fluor, clor, brom, iod) reacționează cu PE și apar modificări moleculare, o fragilitate a materialului și o pierdere a rezistenței chiar la temperaturi de 20 °C. În SUA s-a constatat acum că apare o îmbătrânire și o degradare la PB în urma unei utilizări pe termen lung sub influența clorului. Această constatare însă nu poate fi aplicată în totalitate condițiilor noastre, deoarece concentrația de clor din apă este mult mai mare în SUA (până la 2 ppm).
Principalul avantaj al țevilor din plastic este montarea lor simplă și rapidă. Acestea se montează fie prin lipire (PVC), fie prin sudură (PB, PE, PP), fie prin țevi de înțepat și racorduri filetate (PB, PE-X, PP).
Principalul dezavantaj al țevilor din plastic este o rezistență scăzută la presiune la temperaturi mai mari, o rigiditate scăzută (stabilitate spațială a formei) și, în special, o dilatare termică mare a lungimii. Comparativ cu oțelul inoxidabil, dilatarea la PB este de 10 ori, la PP de 12 ori, la PE de 14 ori și la PE-LO chiar de 23 de ori mai mare. Această situație trebuie luată în considerare la proiectarea fixărilor și a traseului țevilor din plastic. Fără suporturi continue și fără a elimina dilatarea prin compensare, țevile din plastic nu ar trebui instalate deloc.
ȚEVI MULTISTRAT CU ÎNVELIȘ METALIC
O altă direcție de dezvoltare a pornit de la constatarea că o protecție de 100% împotriva difuziei oxigenului este oferită de metale. Pe baza acestui fapt s-au dezvoltat țevi din plastic multistrat cu înveliș metalic. Până acum s-au impus în special două tipuri de bază:
a) Un tip cu un strat de aluminiu sudat longitudinal de la interior, cu o grosime de aproximativ 0,5 mm. Aceste țevi sunt compuse dintr-un strat interior din plastic (PB, PE-HD, PE-X, PP-R), un strat intermediar de compoziție aderență, un strat de înveliș de aluminiu sudat, iar apoi din nou un strat intermediar de compoziție aderență și un strat exterior din plastic.
b) Al doilea tip a evoluat dintr-o țevă plastică obișnuită, înfășurată strâns cu o folie de aluminiu de aproximativ 0,2 mm, prevăzută bilateral cu o compoziție aderență și, pentru protecția exterioară, cu un strat mai subțire de plastic.
Compoziția plasticului cu metal nu trebuie să fie realizată doar cu aluminiu. Într-o țevă de oțel inoxidabil subțire poate fi introdusă o țevă plastică cu un strat de compoziție aderență aplicat, care este apoi lipit termic pe stratul de oțel. Țevile multistrat cu înveliș metalic reduc dilatarea termică a lungimii până la valori care se apropie de cele ale aluminiului. Sunt mai stabile, ceea ce reduce semnificativ numărul necesar de fixări.
Această țevă poate fi montată cu racorduri filetate, șuruburi de presare sau prin presare directă. Durata de viață a țevilor este determinată de două condiții esențiale. În primul rând, trebuie evitată posibilitatea ca apa sau, eventual, umiditatea aerului să intre pe suprafața de rețea a țevii multistrat (a se evita contactul apei cu aluminiul) și, în al doilea rând, trebuie evitată posibilitatea apariției coroziunii electrostatice între bronzul roșu sau bronzul și aluminiu.
ȚEVI PENTRU ÎNCĂLZIREA ÎN PARDOSEALĂ
Din partea anterioară este clar că gama de materiale de țevi pentru încălzirea centrală este foarte largă, dar pentru încălzirea în pardoseală sunt potrivite în special:
- cuprul,
- plasții,
- țevi combinate.
ȚEVI DE CUPRU PENTRU ÎNCĂLZIREA ÎN PARDOSEALĂ
Cuprul ca material de lucru a influențat decisiv istoria culturii. Deoarece apare în natură și în stare pură, ca metal, a putut fi prelucrat încă din antichitate. În vechiul Egipt, cuprul era folosit ca monedă. Primele mențiuni despre conducte de cupru datează din anul 2500 î.Hr., când foi de cupru turnate erau amplasate în mormântul lui Sahure din Egipt.
În jurul anului 1900, cuprul a început să fie folosit ca un acoperământ de calitate, în special pentru clădiri importante și biserici. În anul 1933, a fost interzisă utilizarea acestui material pentru scopuri neesențiale. În Europa de Vest, în anul 1965, acest material a fost deblocat pentru scopuri de încălzire și instalații. Din păcate, blocul de Est a continuat să folosească acest material doar pentru scopuri esențiale.
Utilizarea universală a cuprului este posibilă în special datorită calității înalte a materialului prelucrat, la care se pun cerințe ridicate:
- cheltuieli minime de montaj,
- funcționalitate stabilă și siguranță în exploatare,
- durată lungă de viață.
Printre cele mai importante avantaje ale instalațiilor de țevi din cupru se numără:
• o rezistență ridicată la coroziune, ceea ce înseamnă o comparație favorabilă cu țevile de oțel,
- grosimi minime ale pereților,
- greutate minimă pe metru,
• o mare rezistență a materialului,
• o montare simplă și rapidă cu cerințe minime de spațiu,
• o bună adaptabilitate la condițiile de construcție și, din acest motiv, o adaptabilitate excepțională chiar și pentru instalații suplimentare,
• o tehnică de montaj simplă și sigură (fără nevoia de racorduri filetate),
• un efect bactericid,
• niciun depozit în țevi (țevile de cupru nu se acoperă), ceea ce asigură - debite mari, pierderi mici de presiune,
- posibilitatea de a stabili cu precizie diametrul interior al țevii,
- bună conductibilitate termică,
• ecologicitatea materialului (reciclare 100% posibilă, tehnologie fără deșeuri).
Materialul din care se fabrică țevile de cupru este cuprul dezoxidat (SF-Cu) cu conținut minim de 99,90% cupru pur.
În principiu, deosebim două tipuri de asamblări ale țevilor de cupru:
1. Conexiuni demontabile
• Filet
- conic/cilindric,
- conic/circular,
- garnitură plană.
• Filet cu inel de compresiune
- garnitură metalică,
- garnitură moale.
• Conectori țevi.
• Conexiuni cu flanșă.
2. Conexiuni nedemontabile
• Lăcuire moale.
• Lăcuire tare.
• Presare.
• Sudură.
Țeava este realizată special pentru distribuția de la încălzire în pardoseală și conectarea corpurilor de încălzire pentru sisteme de încălzire cu o singură țeavă și cu două țevi. Țeava de cupru este acoperită cu o teacă de protecție din PVC, care oferă o anumită posibilitate de dilatare și protejează țeava împotriva atacurilor mecanice și chimice ale amestecurilor de beton, respectiv șapă.
În prezent, nu există în Europa de Vest niciun alt material de instalare, folosit în instalațiile din clădiri, care să fie atât de răspândit și să aibă atâta versatilitate ca cuprul. În Germania, în prezent, aproximativ 70% din instalații sunt realizate cu țevi de cupru, iar în Marea Britanie chiar 90-95%.
ȚEVE DIN PLASTIC PENTRU ÎNCĂLZIRE ÎN PARDOSEALĂ
Elementele de bază ale plasmatelor sunt carbonul C și hidrogenul H. În producție se folosesc trei procese de bază, și anume: polimerizarea, policondensarea și poliadiția.
Prin polimerizare se obține polimerul din monomeri, sub acțiunea energiei, a catalizatorilor și a altor aditivi. Prin polimerizare se fabrică de exemplu polietilena și polipropilena.
Prin policondensare se obține o substanță nouă dintr-un număr mare de molecule ale diferitelor substanțe de mică moleculă. Prin policondensare se fabrică de exemplu rășină fenol-formaldehidă. Poliadiția este o polimerizare neregulată. Prin poliadiție se fabrică de exemplu poliesterul.
Polierele pot fi împărțite în două grupe:
• homopolimeri, ale căror lanțuri macromoleculare sunt compuse din molecule identice care se repetă regulat,
• copolimeri, în care sunt legate la lanțul de bază unități de moleculă de alt tip. După aranjamentul spațial al macromoleculelor, deosebim polimeri liniari și ramificați.
În funcție de modul de prelucrare tehnologică și de comportamentul plasticului la căldură, îl împărțim în termoplaste, termorezine și elastomeri.
Proprietățile termoplasturilor sunt influențate de ordinea sau dezordinarea macromoleculelor. Plasticul parțial cristalin este flexibil și elastic. Plasticul amorfe este, dimpotrivă, dur și fragil. Termoplastele pot fi prelucrate și modificate termic în mod reversibil.
Termorezinele (termosetele) nu pot fi modelate sau sudate termic. Reprezentanții tipici ai acestei grupe sunt rășinile. O grupă specială printre termorezine o constituie termoelastomerii, care păstrează flexibilitatea, dar nu pot fi modelate termic sau sudate. Reprezentantul principal al termoelastomerilor este polietilena reticulată.
Elastomerii se deformează mecanic semnificativ. După încărcare, revin la starea inițială. Nu pot fi modelate termic și sunt nesudabile. În această grupă intră cauciucurile sintetice.
Tipuri de plasme folosite în încălzire
Plasmele folosite la noi în instalații de încălzire sunt în principal PEX, PP-B, PP-R, C-PVC, PB și PVDF.
Polipropilena bloc-copolimer PP-B conține 20-30% componentă etilică, care permite o flexibilitate și elasticitate mai mare la temperaturi joase (până la -20 °C). Rezistența termică fără presiune ajunge până la 90 °C. Țeava din acest plastic este destinată pentru încălzire în pardoseală. Se asamblează prin sudură sau prin conexiuni mecanice.
Polipropilena static-copolimer PP-R a fost dezvoltată în special pentru tehnica sanitara. Se caracterizează prin bună rezistență la presiune și la temperaturi ridicate și se folosește atât pentru încălzire în pardoseală, cât și pentru încălzire centrală. Rezistența termică fără presiune depășește 100 °C. Se asamblează prin conexiuni mecanice, sudură la punct sau polifuziune.
Poliizobutilena PB este foarte flexibilă și are o masă moleculară mare. La o mare rezistență mecanică, se caracterizează și prin rezistență la formarea de fisuri sub tensiune. Rezistența termică fără presiune depășește 100 °C, iar devine fragilă la -18 °C. Se folosește pentru distribuția încălzirii în pardoseală și a încălzirii centrale. Deoarece are bune proprietăți mecanice, se fabrică cu pereți mai subțiri decât alte țevi din plastic. Se asamblează prin conexiuni mecanice, sudură la punct sau polifuziune.
Poli-clorura de vinil clorinat C-PVC are un conținut crescut de clor, care nu reprezintă o barieră igienică în transportul apei calde prin țevi din acest plastic. Rezistența termică fără presiune depășește 100 °C. Acest plastic se fabrică prin diferite metode, deci proprietățile sale se deosebesc parțial în funcție de producător. Se asamblează prin lipire, iar în acest caz trebuie să lipim doar țevi și fitinguri livrate de un singur producător, cu liantul recomandat de acesta.
Poli-fluorura de viniliden PVDF are o mare rezistență mecanică și o bună rezistență termică chiar și la temperaturi ridicate. Este și bine prelucrabil. Intervalul termic de utilizare variază între -40 și +140 °C. Este rezistent la radiații UV și gamma, ceea ce îi conferă o bună rezistență la îmbătrânire. Este, de asemenea, rezistent la uzură, fiziologic nepericulos și greu inflamabil. Prețul este destul de ridicat. Se asamblează prin polifuziune, cu raze infraroșii, sudură la punct sau prin conexiuni mecanice.
Proprietăți ale plasmatelor
Printre proprietățile plasmatelor, pe care ar trebui să le observăm cu atenție, se numără rezistența termică, inflamabilitatea, imbibabilitatea, conductibilitatea electrică, conductibilitatea termică și dilatarea termică.
Limita termică, sub care polimerul se topește și se îmblânzește fără modificare a structurii, este limita rezistenței termice. Dacă am suprasolicita termic plasticul, s-ar produce modificări ale proprietăților mecanice și fizice, urmate de o degradare progresivă a polimerilor și, astfel, de o devalorizare. Dacă evaluăm rezistența termică a țevilor destinate instalațiilor de încălzire, ar trebui să fim parțial siguri, deoarece prin sudură incorectă are loc o degradare parțială datorită încălzirii locale.
Pentru a preveni sau atenua îmbătrânirea plasmatelor, se adaugă stabilizatori, pigmenti și antioxiidanți. Prin îmbătrânire înțelegem modificări ireversibile ale proprietăților mecanice ale plasmatelor, determinate de acțiunea oxigenului, temperaturii și radiațiilor UV. Îmbătrânirea decurge mai lent decât degradarea termică.
Coroziunea plasmatelor se manifestă mai întâi în interiorul acestora și apoi și pe suprafață. Coroziunea plasmatelor se manifestă prin modificarea compoziției și a proprietăților acestora. Modificarea este cauzată de acțiunea chimică și fizică. Unele materiale metalice, cum ar fi cuprul, cobaltul și aliajele acestora, pot avea un efect negativ. La contactul metalului cu anumite plasme, apare o termooxidare catalizată de ioni metalici, care se manifestă prin deteriorarea structurii plasmatelor. Din acest motiv, este necesar să se folosească conexiuni și trecători cu o finisare adecvată, recomandate de producătorul țevii din plastic. Coroziunea plasmatelor sub tensiune se manifestă prin apariția unor fisuri mici. La produsele din plastic nu trebuie luate în considerare modificările toleranțelor dimensionale și ale proprietăților mecanice datorită acțiunii umidității. Plasmele sunt neimbibabile și au o imbibabilitate și o umidificare foarte scăzute. În general, plasmele se consideră izolatoare, fiind neconductoare electric. O altă realitate este aceea că la țevi din plastic prin care se transportă materiale în vrac sau gaze, apare o descărcare de electricitate statică. Rezistența electrică superficială este de aproximativ 1014 ohm și depinde de gradul de contaminare a suprafeței și de procentul de umiditate a aerului.
Din punct de vedere al proiectării rețelei de țevi, dilatarea termică liniară este foarte importantă. Dilatarea termică la plasnice este de zece ori mai mare decât la oțel sau la cupru. Dacă proiectantul nu va respecta această proprietate a plasnicei în mod corespunzător, va avea multe probleme, care pot fi eliminate doar prin re-înlocuirea țevii.
Coefficientul de conductibilitate termică al plasnicei este foarte scăzut, dar acest fapt nu ne împuternicește să renunțăm la izolația termică la țevile din plasnică. Țevile din plasnică nu pot fi considerate izolante termice și multe instalații din plasnică necesită direct izolație termică generală.
Date de bază la utilizarea țevilor din plasnică
O factor important care influențează utilizarea țevilor din plasnică este durata lor de viață. Înainte se vorbea despre o durată de viață de 50 până la 60 de ani, indiferent de condițiile de exploatare și de tipul plasnicei utilizate. În prezent este clar că această limită a duratei de viață trebuie coborâtă și trebuie judecată foarte strict în funcție de plasnica utilizată și în funcție de condițiile de exploatare la care este supusă plasnica. În exploatare, țeava din plasnică este solicitată simultan de presiunea de lucru și de temperatura de lucru. Deoarece acțiunea simultană a presiunii și a temperaturii este o realitate foarte importantă, se stabilește în practică o durată minimă de viață a instalației. Această durată de viață se stabilește în funcție de cei doi parametri menționați mai sus, în funcție de izotermele determinate experimental. Tensiunea în peretele țevii, reprezentată pe axa y, depinde direct proporțional de diametrul exterior al țevii, de grosimea peretelui și de presiunea interioară și invers proporțional de dublul grosimii peretelui.
Țevile din plasnică se produc în seria următoare: PN2,5 PN4 PN6 PN10 PN12,5 PN16 PN20 PN25.
Numărul după abrevierea PN indică presiunea maximă de lucru (Pa) la temperatura apei până la 30 °C pe o perioadă de 50 de ani. Din acest motiv rezultă că pentru temperaturi proiectate mai mari trebuie ales un grad de presiune mai mare pentru aceeași presiune și aceeași durată de viață, deoarece cu creșterea temperaturii apei scade presiunea maximă admisă de lucru.
Țevile din plasnică se marchează în seria milimetrică. Marcharea trebuie să conțină: numele producătorului, indicația materialului, dimensiunea exterioară sau interioară x grosimea peretelui, presiunea/temperatura de lucru, data fabricației, denumirea țevii, eventual numărul de înregistrare.
Putem conecta țevile din plasnică între ele, țevile din plasnică cu țevi din alte materiale, țevi cu piese de formă, țevi cu robinete sau țevi la consumatori. Pentru acest scop se utilizează întregul sistem de conectare a țevilor. Conexiunile trebuie să îndeplinească anumite cerințe, motiv pentru care le verificăm din punct de vedere al rezistenței la presiune, temperatură sau influențe chimice, cerând funcționalitatea și etanșitatea conexiunii.
Difuzia oxigenului prin peretele țevilor din plasnică
Despre țevile de polioleină pentru încălzire se discută adesea, sunt măsură a calității întregului sistem și țintă a îndoielii asupra acestuia. Motiv pentru care trebuie acordată o atenție sporită.
O problemă actuală, care primește în prezent o atenție sporită, este difuzia oxigenului prin peretele țevilor din plasnică.
S-a constatat că moleculele de oxigen atmosferic pătrund prin rețeaua plasnicei până ajung în apa de încălzire. Apea de încălzire, saturată permanent cu oxigen, devine apoi foarte agresivă față de metale. Cantitatea de oxigen pătruns depinde de tipul plasnicei și de temperatură. S-a constatat și că variațiile de presiune la temperaturi mai mari determină o predispoziție la formarea de fisuri de oboseală la suprafață, ceea ce mărește difuzia oxigenului. Deoarece molecula cu raza atomică mai mică difuzează mai ușor în rețeaua formată din atomi cu rază mai mare, s-a ajuns mai întâi la rețeaua plasnicei. Astfel s-a reușit aproape să se elimine formarea fisurilor de oboseală, dar difuzia oxigenului nu s-a putut opri complet. Din acest motiv, direcția următoare a dezvoltării a dus la acoperirea completă a țevilor din plasnică cu o strat din polimer special, care servește ca barieră de difuzie. Eficiența procentuală și durata de viață a acestei bariere depinde însă de polimerul utilizat.
Difuzia oxigenului poate fi limitată prin separarea circuitelor de încălzire de circuitul pompei, prin mărirea grosimii peretelui țevii sau prin adăugarea de oxidant în apa de încălzire.
În final trebuie menționată regula, că cauză a acestei probleme este starea de funcționare a sistemului de încălzire în pardoseală, care este odată pentru totdeauna integrat în structura pardoselii. Din acest motiv se face efortul de a convinge clientul și utilizatorul asupra fiabilității și siguranței sistemului de încălzire, astfel încât să nu aibă temeri cu privire la posibilele degradări ale instalației de țevi. Una dintre cauzele tradiționale este coroziunea părților metalice ale accesoriilor și a echipamentelor sistemului de încălzire, deoarece țevile sunt din plasnică.
S-a găsit următoarea soluție. Companiile renumite utilizează părți metalice din bronz, ceea ce minimizează probabilitatea coroziunii. În plus, împotriva posibilității de transport a impurităților, în special din sursa de căldură expusă la coroziune la temperatură scăzută, încep să se promoveze conectarea sistemului de încălzire prin intermediul unui schimbător de căldură, adică separarea circuitului primar al centralei de circuitul secundar al suprafeței de încălzire în pardoseală. Iar în final, pentru a fi maxim sigur, se face efortul de a elimina posibilitatea pătrunderii oxigenului direct prin peretele țevilor din plasnică, adică prin intermediul unei alte straturi de acoperire – barieră de oxigen. Sunt cunoscute și soluții extrem de extreme, unde se adaugă chiar și o a treia strat, pe bază de metalic.
Așadar, problema difuziei oxigenului va depinde întotdeauna în special de condițiile concrete de utilizare, precum și de solvența investitorului. În Germania, unde încălzirea în pardoseală este cea mai utilizată, aproximativ 60% dintre firme oferă țevi cu barieră de oxigen.
Este însă important faptul că în prezent, din lipsa unor cazuri concrete din practică, cercetarea privind neutilizarea barierei de oxigen se desfășoară în mod constant.
Trenduri în aplicația plasnicei
UE – piața totală se estimează la aproximativ 230 mil. m țevi, din care peste 1/2 este cupru, iar din plasnică se utilizează cel mai mult plasnică rețea (70 %), apoi PPC (15 până la 20 %) și PB (5 până la 10 %),
Austria – oțel și cupru reprezintă peste 55%, restul fiind plasnice,
Suiza – plasnicele reprezintă până la 74 % din piață, se utilizează în special pentru încălzirea în pardoseală, consumul 4,6 m pe locuitor (an maxim PEX; PPC și PB sunt de 4 ori mai mici decât PEX),
Olanda – plasnice 10 % în tehnica sanitare, 10% în încălzire, iar PEX 60 %, PP și PB mult mai puțin (1 până la 2 %).
La utilizarea plasnicei în instalațiile de țevi în clădiri se pleacă de la presupunerea unei durate de viață de 50 până la 55 de ani, adică înlocuirea instalației o dată pe durata de viață a obiectivului construit.
Evolutia pieței materialelor din plasnică în UE, Austria și Elveția confirmă echivalența completă între instalațiile de țevi pe bază tradițională metalică și pe bază de plasnică, a cărei pondere variază între 40 și 75 %.
Locul dominant în producția materialelor de țevi îl deține în general plasnică rețea, până la 70 %, iar plasnică polipropilenă și plasnică polibutenă sunt echivalente în ordinea următoare.
Țevi compuse pentru ÎNCĂLZIREA ÎN PARDOSEALĂ
În ultimii ani la noi începe să se utilizeze mai mult țeavă multistrat, adică țeavă compusă din materiale diferite. Țeava multistrat este compusă dintr-o țeavă de bază din plasnică, un strat de aluminiu cu sudură longitudinală și un strat de protecție din plasnică. O bună aderență a ambelor straturi din plasnică la folia de aluminiu o asigură un strat special de lipire.
Tubulaturile compozite compensează dezavantajul tuburilor din plastic în ceea ce privește dilatarea termică liniară. Valorile dilatării termice liniare se apropie de cele indicate pentru aluminiu, de exemplu, companiile indică valoarea de 0,025 mm.m-1.K-1. O altă avantaj este că țevile pot fi fixate la o distanță mai mare, deoarece îndoirea după umplerea cu apă este mai mică. Aceste țevi se deosebesc prin o anumită rigiditate, dar în același timp păstrează o flexibilitate considerabilă. Țevile multistrat se leagă mecanic sau prin sudură polyfuzională cu țevile de formă. Înainte de sudare, este necesar să se îndepărteze toate straturile, până la țeava plastică de bază.
Bibliografie:
Dušan Petráš: Încălzirea cu apă caldă prin pardoseală
Dušan Petráš: Încălzirea la temperatură scăzută și surse regenerabile de energie
