Kompensacja wydłużeń termicznych w systemie klejonym Nibco

Jednym z najistotniejszych aspektów w projektowaniu i układaniu instalacji z tworzyw sztucznych jest odpowiednia kompensacja wydłużeń termicznych. Istotne jest to ze względu na fakt, że tworzywa sztuczne mają bardzo wysoki – w porównaniu z metalem - współczynnik liniowej rozszerzalności termicznej czego konsekwencją jest stosunkowo duży przyrost długości rury pod wpływem nawet niewielkiego przyrostu temperatury. Mimo, że wartość tego współczynnika dla PVC-U i PVC-C jest najmniejsza spośród wszystkich tworzyw sztucznych stosowanych w instalacjach (nie dotyczy to rur wielowarstwowych) to i tak jest na tyle znaczna, że stosowanie kompensacji jest niezbędne.

Wydłużenie termiczne można niwelować stosując odpowiednie kompensatory. Mogą to być: ramię kompensujące „L” (rys. 1), odsadzka „Z” (rys. 2) lub kompensator typu „U” (rys. 3). Firma NIBCO dodatkowo wprowadziła na rynek kompensator systemowy w zakresie średnic od ½” do 1” dla rur PVC-C (rys. 4). Może on skompensować proste odcinki rurociągu o długości do 3 m. Doskonale nadaje się do wykorzystania w prowadzeniu przewodów gdy jest bardzo mało miejsca na zastosowanie innych metod kompensacji.

       

Rys. 1                                     Rys. 2


 

Rys. 3

 

Aby policzyć długość ramienia kompensacyjnego „L” należy najpierw obliczyć przyrost długości rury δ spowodowany zmianą temperatury. Wartość tego przyrostu można obliczyć ze wzoru:






 

δ = l * α * Δt

gdzie:                                                                                        

δ – przyrost długości rury [m]      
l – długość rury [m]
α- współczynnik liniowej rozszerzalności termicznej

 dla PVC-C – α = 6,2 * 10-5 [1/K]
 dla PVC-U – α = 5,2 * 10-5 [1/K]

Δt – przyrost temperatury [K]

Przyrost temperatury Δt jest to różnica między temperaturą czynnika płynącego w rurze a temperaturą montażu rurociągu. Czyli:

Δt = ti - tm
ti – temperatura czynnika w rurze
tm – temperatura montażu

Dla określonych przyrostów temperatury wartość wydłużenia rury z PVC-C  można również wyznaczyć z wykresu przedstawionego na rys. 5.

Rys. 5 Wydłużenia rur z PVC-C w funkcji przyrostu temperatury

 

Mając przyrost długości rury spowodowany temperaturą oblicza się długość ramienia kompensacyjnego L.W tym celu należy się posłużyć wzorem


 

gdzie:

E –moduł sprężystości Younga [MPa]
D – średnica zewnętrzna [mm]
δ - przyrost długości rury [m]
σ – dopuszczalne naprężenia rozciągające [MPa]

Należy zaznaczyć, że wartości zarówno modułu Younga jak i  dopuszczalnych naprężeń rozciągających zmieniają się wraz ze zmianą temperatury. Ilustruje to tablica 1.

 

Nieco szybciej i prościej wartość tę można wyznaczyć z nomogramu, który został przedstawiony na rys. 6.

Rys.6. Dobór typu i wielkości kompensacji dla instalacji ciepłej wody PVC-C

Aby maksymalnie ułatwić i uprościć wyznaczanie ramienia kompensacyjnego, firma NIBCO Sp. z o.o. przygotowała kalkulator do obliczania kompensacji wydłużeń termicznych rur z PVC-C, dzięki któremu w prosty i niezawodny sposób można obliczyć długość tego ramienia. Program te można pobrać ze strony internetowej firmy NIBCO: www.nibco.com.pl.

Instalację powinno się projektować tak, aby do maksimum wykorzystać zjawisko samokompensacji. Rurom należy umożliwić swobodną zmianę długości pod wpływem temperatury przewidując odpowiednie rozmieszczenie punktów stałych i wykorzystując naturalne przeszkody budowlane. Przykłady takich instalacji przedstawiają rysunki 7 i 8.

              

                             Rys. 7                                                    Rys. 8 Rozmieszczenie podpór-rzut poziomy

x - punkt stały (PS),
II - podpora ślizgowa (PP)

W prowadzonych szachtami instalacyjnymi trasach pionowych i rozgałęzieniach na piętra należy zwrócić uwagę na to, żeby odgałęzienie miało zapewnioną możliwość kompensowania zmian długości trasy pionowej. Uzyskuje się to przez odpowiednią lokalizację pionowej rury w kanale (rys. 9a), odpowiednio przewymiarowany otwór dla wyprowadzenia odgałęzienia (rys. 9b) lub przez montaż ramienia kompensującego (rys. 9c)

Rys. 9

W podtynkowym układaniu wodociągu, stosowanie kompensacji wydłużeń termicznych przewodów jest niezbędne zarówno w przypadku izolowania instalacji jak i prowadzeniu jej w „peszlu”. W punktach zmiany kierunku kształtki i ramię kompensacyjne należy izolować materiałami elastycznymi, aby nie krępowały one ewentualnych zmian długości. Jest to tzw. izolacja rejonów gięcia (rys. 10). Należy upewnić się, iż stosowane otuliny mogą pracować z PVC-C oraz PVC-U.

Rys. 10

Warto również wspomnieć o jeszcze jednym ważnym aspekcie związanym z rozszerzalnością rur tworzywowych, a który nie zawsze jest brany pod uwagę. Chodzi tu mianowicie o zjawisko kurczenia się rur pod wpływem spadku temperatury. Może się tak zdarzyć wtedy, gdy instalacja, w której płynie zimna woda (o temperaturze np. 10°C) jest wykonywana w wysokiej temperaturze otoczenia (np. 30° C). Należy wówczas układać taką instalację z odpowiednim naprężeniem wstępnym uwzględniającym kurczenie się rur.

Poprawne wyznaczenie kompensacji stanowi jeden z najważniejszych czynników wpływających na trwałość i niezawodność instalacji sanitarnej. Szczególnie dotyczy to instalacji wykonanych z tworzyw sztucznych a więc również z PVC-C i PVC-U. Trzebe więc zwrócić baczną uwagę na to zagadnienie podczas projektowania i układania instalacji.