Наступают времена, когда слово «труба» проносится в голове человека все чаще и чаще... Но в смысле «металлическая труба, сварка, нарезка резьбы, сантехники». Еще недавно выбора труб для систем локального водоснабжения, отопления и канализации, к которым относятся и подводка к зданию, и разводка внутри него, не было. Для этих целей использовались почти исключительно стальные и чугунные трубы. Вероятно, исключительность стальных труб и явилась основой веры в их высокую прочность и надежность.
Первый завод по производству стальных труб начал работать в Англии в 1842 году, а в России только в 80-х годах XIX века. Но уже в начале XX века. стальные трубы стали основным видом труб для водо- и газопроводных сетей. Однако в ряде стран Европы они так и не смогли вытеснить используемые еще с XVII века медные трубы.
Монопольное существование металлических (стальных и медных) труб нарушило появление полимеров и пластмасс. Промышленное производство и применение полимерных труб началось практически одновременно в Европе, США и Японии в начале 50-х годов XX века. Эти трубы благодаря ряду положительных свойств начали активно вытеснять стальные. Они легче (в 3-5 раз), не корродируют и легко соединяются в системы. Основные области применения – водопроводные и канализационные системы в жилых и общественных зданиях. К 2000 году в Западной Европе полимерные трубы заняли доминирующие позиции: в Швейцарии объем их использования в новом строительстве и при капитальном ремонте составил 70 процентов, в Финляндии – 51 процент, в Германии – 46 процентов от общего объема использования труб.
В России по-прежнему преимущественно применяют металлические, точнее, стальные трубы. Однако уже заметны сдвиги на российском рынке стройматериалов: предлагаются самые разнообразные трубы (металлические, полимерные, керамические, асбестоцементные и др.).
Чтобы сориентироваться в этом многообразии и выбрать нужный тип трубы, необходимо знать назначение трубопровода, параметры его работы (температура, давление, характер среды и т.п.), требуемую долговечность и, естественно, учесть свои финансовые возможности.
Долговечность часто является камнем преткновения, так как потребитель стоит перед дилеммой: если труба дешевая, то она недолговечная, и наоборот. Однако следует помнить, что замена трубопроводов в зданиях – серьезная проблема, сопряженная с большими затратами. Но большие единовременные затраты во время строительства помогут в дальнейшем экономить деньги на ремонте. Еще одна не менее важная проблема – сложность (или, наоборот, простота) монтажа системы трубопровода и сопряженные с ней затраты. И наконец, чисто эстетические требования, так как они являются элементом интерьера.
Рассматривать свойства труб целесообразно по виду материала, из которого они изготовлены, так как именно он определяет эксплуатационные характеристики трубы, ее долговечность, методы монтажа и, естественно, стоимость.
Металлические трубы
Для изготовления труб реально используются сталь, чугун и медь. Чугунные трубы в локальных сетях используются практически только для канализации. Для водопроводов и теплоснабжения применяют стальные и медные трубы.
Стальные трубы в России и во многих других странах до сих пор применяются в строительстве чаще других. Объясняется это не только и не столько приверженностью россиян ко всему основательному: стены у дома – кирпичные, трубы – стальные оцинкованные, но и имеющейся в нашей стране серьезной сырьевой и технологической базой для их производства.
Для локальных систем используют так называемые водогазопроводные трубы. Их получают загибом стального листа соответствующей ширины с последующей сваркой – это шовные трубы. Диаметр таких труб (условный проход) от 8 до 150 мм. Чаще других применяются трубы с диаметром условного прохода 15, 20 и 25 мм. Толщина стенки у этих труб – 2,8 мм. Объясняется столь большая толщина стенки не желанием обеспечить высокую прочность, а совсем другими причинами. Во-первых, стальные трубы соединяют на резьбе или сваркой, что требует определенной толщины металла, и, во-вторых, стальная труба быстро корродирует и для обеспечения ее долговечности и нужна большая толщина.
Коррозия стальных труб – их основной недостаток. Для ее задержки используют цинковое покрытие (оцинкованные трубы), что замедляет, но не предотвращает коррозию.
Положительным свойством стальных труб является низкий температурный коэффициент линейного расширения (0,012 мм/м x К). Это значит, что при повышении температуры на один градус каждый метр трубы удлиняется на 0,012 мм. Стальные трубы имеют довольно большой вес, что объясняется высокой плотностью стали (р=7,85 г/куб.см) и большой толщиной стенки. У стальных труб высокая теплопроводность – 74 Вт/м x К. Это хорошо, когда они используются в отопительной системе, но при транспортировке холодной воды становится недостатком: трубы «отпотевают», корродируют снаружи, намокает и разрушается прилегающая к ним стена. Чтобы избежать этого, можно воспользоваться трубками из вспененного полиэтилена или каучука, надеваемыми на трубу.
Еще один мелкий, но порой весьма досадный недостаток: стальные трубы «поют», хотя источником шума служат неисправности в арматуре (кранах, сифонах и т.п.), а трубы только передают и усиливают этот звук.
Пропускная способность стальных труб при равном внутреннем диаметре ниже, чем у медных и полимерных, потому что внутренняя поверхность у них шероховатая, что вызывает завихрения в потоке жидкости и затрудняет ее продвижение. Со временем, когда трубы обрастают продуктами коррозии и другими отложениями (как старый чайник – накипью), их пропускная способность снижается очень существенно. Это может быть одной из причин замены еще целых на вид труб.
Срок службы стальных труб, используемых для водоснабжения и отопления, около 30-40 лет.
Монтаж системы из стальных труб – довольно трудоемкое дело. Стальные трубы соединяют на резьбе с помощью муфт, сгонов, угольников и другой фасонины или сварки. Декоративностью стальные системы не блещут, и поэтому нуждаются в окраске, маскирующей их присутствие в помещении.
Следует отметить, что оцинкованные трубы сваривать не следует, так как в месте проведения сварки защитное цинковое покрытие полностью исчезает, потому что цинк при нагреве до 900 градусов (а температура сварки значительно выше) испаряется и сгорает. Сварной стык становится самым уязвимым для коррозии участком.
Чугунные трубы
– толстостенные, относительно большого диаметра (50-500 мм), но более короткие, чем стальные. Их получают отливкой из серого чугуна. Чугунные трубы за счет большей толщины стенки и большей коррозионной устойчивости самого материала обладают высокой долговечностью и надежностью, но вес их в несколько раз выше, чем стальных того же диаметра. Соединяют чугунные трубы с помощью раструбов, уплотняемых чеканкой просмоленным канатом, расширяющимся цементом, или старинный и очень надежный прием – свинцом. Кстати, последний дал название профессии сантехника в Европе – plumber (от лат. Plumbum – свинец).
На заметку! Чугунные трубы, применяемые для прокладки внутриквартальных водопроводных сетей и для канализации, выпускаются в комплекте с фасонными деталями. Сети из них работают долгие годы без ремонта и замены. Например, в центре Москвы есть сети из чугунных труб, проложенные еще в конце XIX века.
Медные трубы
Медные трубы начали использоваться в строительстве в 20-30-е годы XX века. Пик их популярности пришелся на 70-е годы. Именно в это же время началось широкое внедрение в строительство полимерных труб. В результате конкурентной борьбы между медными и полимерными трубами выявились их сильные и слабые стороны.
Медь известна с давних времен как в чистом виде, так и в виде сплавов латуни (сплав с цинком) и бронзы (сплав с оловом).
Свое название медь (лат. Cuprum) – мягкий и пластичный (в технике говорят «ковкий» металл, получила от названия острова Кипр, где добывалась медная руда. Она очень хорошо (в 5 раз лучше стали) проводит тепло и электрический ток и почти не подвергается коррозии. В нейтральной водной среде (например, в водопроводной воде) растворяется в ничтожных дозах и практически не окисляется. Подтверждением этому могут служить следующие факты: медь, как золото и серебро, встречается в природе в самородном виде и более 80 процентов меди, выплавленной человечеством, находится в эксплуатации (сталь на 8-10 процентов ежегодно «съедается» коррозией).
Для изготовления труб используют медь очень высокой чистоты (99,9 процента), то есть количество примесей в ней не превышает 0,1 процента. Такая медь отличается особо высокой коррозионной стойкостью и пластичностью, при этом не теряя пластичности и при отрицательных температурах (до минус 100 градусов). При замерзании воды в медной трубе последняя не трескается, а лишь немного расширяется и после оттаивания вновь готова к работе.
О декоративных качествах меди и говорить не стоит.
Медные трубы выпускают в необожженном состоянии (в виде хлыстов длиной 5 м) и в отожженном в свернутом в бухты (25 и 50 м). Крупнейшие производители медных труб: немецкие фирмы КМЕ и ESENCO, входящие в итальянскую фирму SILMET.
Трубы выпускаются стандартных размеров: диаметр от 10 до 28 мм при толщине стенки 1 мм (!) и диаметром от 35 до 54 мм при толщине стенки 1,5 мм (выпускают трубы и большего диаметра). Нужно заметить, что по сравнению со стальными медные трубы имеют очень маленькую толщину стенки и соответственно увеличенный внутренний диаметр. Так, медная труба с внутренним диаметром 20 мм имеет стенки толщиной 1 мм и вес 1 м трубы всего 0,59 кг, то есть почти в 3 раза легче стальной. При столь малой толщине стенки медные трубы рассчитаны на более высокое, чем у стальных, рабочее давление. Медные трубы имеют очень гладкие стенки. Их шероховатость в 100 раз ниже, чем у стальных, и в 4-5 раз ниже, чем у полимерных. С учетом гладкости поверхности медных труб их пропускная способность будет намного выше, чем у стальных, и остается постоянно высокой весь срок ее эксплуатации (не корродирует и не «обрастает»).
Прочностные параметры и долговечность медных труб практически не зависят от давления и температуры транспортируемой жидкости (разрешенный интервал температур от плюс 250 до минус 100 градусов). Это одно из существенных преимуществ медных труб перед полимерными, у которых долговечность зависит от параметров (температуры и давления) транспортируемой жидкости. Кроме того, проблемы защиты от УФ-излучения и проникновения кислорода через стенку трубы для медных труб, в отличие от полимерных, просто нет. Благодаря пластичности материала медные трубы не боятся замораживания находящейся в них воды.
Однако наш век придется назвать полимерным. Даже медные трубы «попросили» помощь у полимеров. Некоторые фирмы начали выпуск медных труб с наружным покрытием из полимеров. В основном применяются покрытия из поливинилхлорида ПВХ и полиэтилена (в том числе и вспененного). Такие покрытия выполняют защитно-декоративные функции:
• придают трубам желаемый цвет;
• уменьшают потери тепла при транспортировке горячей воды;
• препятствуют образованию конденсата при транспортировке холодной воды;
• снижают «шумность» труб;
• защищают трубы от абразивного износа (царапины, задиры) и коррозии при прокладке их в земле и в стенах.
Медные трубы могут быть рекомендованы как для отопления (здесь положительную роль играет высокая теплопроводность меди), так и для водоснабжения. Во всех случаях транспортировки воды следует придерживаться правила: не ставить в систему вниз по течению воды после медных труб стальные оцинкованные. В этом случае пойдет интенсивное разрушение цинкового покрытия.
Монтаж медных труб производится быстро. Выпускается большой набор фитингов из меди. В этом ведущая роль принадлежит фирме SANHA (Германия). Медные трубы легко режутся и гнутся. Система монтируется с помощью фитингов пайкой или запрессовкой с уплотнительными кольцами.
Бытует мнение, что вода, в которой растворены соединения меди, вредна для организма и даже ядовита. В этом случае полезно вспомнить слова знаменитого врача эпохи Возрождения Парацельса: «Вещество может быть ядом и лекарством: все зависит от концентрации». Это в полной мере относится к меди: с одной стороны, это тяжелый металл, а с другой – жизненно необходимый элемент. Действительно, организм человека содержит в среднем около 100 мг меди. А поскольку она в организме не накапливается, а постоянно выводится, человек должен потреблять с пищей 2-3 мг меди в день. Эти количества в 10-50 раз выше, чем содержатся в 1 л воды, проходящей через медные трубы.
Асбестоцементные трубы
В начале XX века родился новый материал – асбестоцемент, и, соответственно, появились асбестоцементные трубы. Они получили широкое распространение в Западной Европе и США.
Как материал для труб асбестоцемент имеет неоспоримые достоинства. Он не подвержен коррозии, в том числе и самой опасной для металлических труб – электрохимической. Контакт с водой, особенно горячей, вызывает не разрушение, а упрочнение асбестоцемента – так как цемент твердеет именно при взаимодействии с водой. Асбестоцемент имеет значительно меньшую теплопроводность, поэтому замерзание воды в таких трубах менее вероятно, чем в металлических. Не происходит и характерного для металлов «отпотевания» при транспортировке холодной воды.
Отечественная промышленность выпускает асбестоцементные трубы диаметром от 100 до 500 мм и длиной до 5 м в двух вариантах: ненапорные – для организации стоков, вентиляции, прокладки кабелей и т.п.; усиленные, напорные – для водопроводных сетей и газопроводов. Для разводки воды внутри помещений их не используют.
Соединение труб осуществляется без резьбы и сварки с помощью муфт и резиновых уплотнителей. Такое соединение очень надежно и просто в исполнении. Кроме того, устройство подвижного стыка с резиновыми уплотнителями снимает проблемы деформаций тепловых и от просадки грунта.
Применение асбестоцементных труб для сетей горячего и холодного водоснабжения при подаче воды в коттеджи, для устройства канализации и вентиляции рационально. Они в 3-5 раз дешевле, чем аналогичные стальные, чугунные и полимерные трубы. Но есть и ограничения. Нельзя применять асбестоцементные трубы для печей, каминов и т.п., отвода дыма на тех участках, где возможен нагрев материала до 400-500 градусов, то есть фактически в зоне действия огня. В этом случае трубы растрескиваются (подобно шиферу. Например, почти каждый видел, как мальчишки специально бросают шифер в костер и ждут, когда он «взорвется»).
О безвредности асбеста для человека или, наоборот, его экологической чистоте отдельная, почти детективная история. Но ведущие западные ученые заверяют, что асбестоцементные трубы безвредны для человека. Подтверждением тому опыт Австрии, Голландии и других европейских стран, где для водоснабжения использованы именно такие трубы. Они работают без ремонта и аварий многие десятки лет.
На заметку!
Асбестоцемент имеет значительно меньшую теплопроводность, поэтому замерзание воды в таких трубах менее вероятно, чем в металлических. Не происходит и характерного для металлов «отпотевания» при транспортировке холодной воды.
Полимерные трубы
Полимерные материалы, называемые обычно пластмассами, появились в жизни человека сравнительно недавно – в середине XX века.
Чтобы разобраться в положительных и отрицательных свойствах полимерных труб, надо начать с полимеров. В отличие от металлов и асбестоцемента полимеры – органические вещества со всеми их достоинствами и недостатками, состоящие в близком родстве с природными высокомолекулярными – древесиной, кожей и шерстью.
Полимеры имеют целый ряд достоинств: они обладают универсальной химической стойкостью и не подвержены коррозии. Несмотря на свою легкость (их плотность в 5-8 раз ниже плотности стали), они достаточно прочные и эластичные. Полимеры легко перерабатываются в изделия, то есть принимают заданную форму, и хорошо окрашиваются. Теплопроводность полимеров значительно ниже, чем у металлов, что, в частности, снижает теплопотери при транспортировке горячих жидкостей.
Наряду с этими положительными свойствами полимеры не лишены и существенных недостатков. При нагревании прочность полимеров снижается. Как и все органические вещества, они горят, а под действием ультрафиолетовых лучей стареют (делаются хрупкими и разрушаются). К недостаткам следует отнести и большой (в 10 раз больше, чем у стали) коэффициент температурного расширения; правда, эластичность полимеров частично компенсирует этот недостаток.
Технологи, производящие изделия из полимеров, стараются, и не без успеха, усилить их достоинства и уменьшить недостатки.
Химическая промышленность во второй половине XX века освоила производство десятков полимеров, но массовое применение, в том числе и при производстве труб, нашли 5-7 главнейших из них. Безусловными лидерами являются полиэтилен (РЕ), полипропилен (РР) и поливинилхлорид (PVC). Указанные полимеры относятся к группе термопластичных. Они способны при нагревании переходить в пластично-вязкое состояние, а при охлаждении отвердевать, причем с очень гладкой поверхностью (шероховатость полимерных труб примерно в 10 раз ниже, чем стальных).
Наибольшее распространение получили трубы из полиэтилена (РЕ). Первые такие трубы теряли прочность при нагреве до 50-60 градусов и быстро старели. В 80-е годы химики научились связывать друг с другом линейные молекулы полиэтилена – «сшивать». Такой «сшитый» полиэтилен обладает повышенной прочностью, теплостойкостью и стойкостью к УФ-излучению. По ним допустима транспортировка воды температурой до 95 градусов. Трубы из «сшитого» полиэтилена составляют более половины от общего выпуска полимерных труб. Трубы из «сшитого» полиэтилена РЕ-Х можно использовать не только для холодного, но и горячего водоснабжения и отопления (центрального и напольного).
Полипропилен (РР) по использованию в производстве труб занимает второе место. Физико-механические и термические свойства этого полимера близки к «сшитому» полиэтилену, но в отличие от последнего он более жесткий. Поэтому полипропиленовые трубы выпускаются в виде мерных отрезков, что несколько менее удобно при транспортировке и требует большого количества соединительных элементов при монтаже.
Поливинилхлорид (PVC) – очень широко используемый в строительстве полимер, в производстве труб идет вслед за полиэтиленом и полипропиленом. Обычно он используется в непластифицированном виде (жесткий ПВХ – «винипласт»). Присутствие хлора в ПВХ вызывает настороженность экологов и ограничивает применение таких труб для водоснабжения. Положительным свойством поливинилхлорида является его пониженная горючесть и повышенная химическая стойкость по сравнению с другими полимерами. Он также менее чувствителен к УФ-излучению, поэтому основные области применения ПВХ-труб – это водосточные системы и канализация.
Полибутен (РВ) – полимер, так же как и полиэтилен и полипропилен, из группы полиолефинов. Биологически безвреден. Трубы из полибутена более эластичны, чем из полипропилена. Полибутен характеризуется высокими прочностными показателями, стойкостью к УФ-облучению и повышенной теплостойкостью, приближаясь в этом отношении к «сшитому» полиэтилену. Трубы из полибутена зарекомендовали себя в сетях горячего водоснабжения и отопления. При 70 градусах и рабочем давлении в системе 0,3 МПа гарантируется 50-летний срок службы РВ-труб.
Наряду со многими положительными свойствами трубы из полимеров со временем стареют. Это качество характерно для всех полимеров, ибо они находятся на грани «живого и неживого» и подчиняются многим законам живого мира. Процесс старения сопровождается снижением эластичности, прочности, повышением хрупкости и самопроизвольным растрескиванием. Пластмассовые трубы разрушаются как бы «вдруг» и полностью, а в металлических – образуются свищи, которые можно заделывать, например, сваркой.
Полимерные трубы маркируют по виду полимера (РЕ, РЕ-Х, РР и т.п.), по наружному диаметру и номинальному давлению (PN). Наружные диаметры труб (в мм) для внутренней разводки представлены следующим рядом: 10; 12; 16; 25; 32; 40; 50 и т.д. Кроме диаметра, трубы маркируются по толщине стенки. Номинальное давление обычно выражают в барах: 1 бар = 0,1 МПа. Под номинальным давлением подразумевают постоянное внутреннее давление воды при 20 градусах, которое труба может безотказно выдерживать в течение 50 лет (например, PN=10, PN=12,5 или РМ=20). Для оценки уровня этих параметров можно вспомнить, что рабочее давление воды в водопроводной системе не более 0,6 МПа (6 бар). Максимальное давление, которое труба может выдержать короткое время, в несколько раз выше номинального. При температуре выше 20 градусов срок безотказной работы полимерных труб при неизменном давлении сокращается или может остаться тем же – 50 лет, но при условии меньшего рабочего давления.
Металлополимерные трубы
Рассказывая о полимерных трубах, в качестве эталона, как правило, выбирают традиционные стальные. На их фоне современные полимерные трубы кажутся средоточием достоинств. Недостатки же, как правило, замалчиваются.
Итак, была создана многослойная труба, стенка которой состоит по крайней мере из трех слоев: очень тонкий металлический, находящийся между двумя слоями полимера.
Металлополимерные трубы выпускаются двух типов. Первый – алюминиевый слой – расположен между двумя приблизительно одинаковыми слоями полимера. Сцепление алюминия с полимером обеспечивается клеевой прослойкой. При таком решении в качестве полимера используется «сшитый» полиэтилен, и труба в этом случае обозначается PEX-AI-PEX.
Второй – алюминиевый слой – располагается на наружной поверхности полимерной трубы. Сверху алюминий защищается тонким слоем полимера. Сцепление в этом случае обеспечивается либо клеевыми слоями (труба РЕХ-Stabil), либо с помощью полимера, затекающего в перфорацию на алюминиевой трубе (РР-труба фузиотерм-Штаби).
В целом металлополимерные трубы сохранили в основном все положительные свойства полимерных труб. Особенностью является способность легко гнуться и сохранять нужную форму. За счет большей жесткости они не требуют серьезных мер по закреплению при открытой проводке. Однако следует учесть, что алюминиевый сердечник принес с собой боязнь таких труб замораживания в заполненном водой состоянии. Выпускаются и другие композитные трубы. Например, труба из полипропилена, армированная высокопрочным волокном, выпускаемая под маркой фузиотерм-Фазер.
Нужно отметить, что металлополимерные трубы в России пользуются большой популярностью, часть которой, вероятно, следует отнести на счет «металла» в названии (сказываются наша большая привязанность и вера в надежность металлических, то есть стальных труб).
Источник: газета «наша дача». Выпуск № 9 (212), 10 (213)
