Организация трасс медных трубопроводов для систем кондиционирования : Вестник УКЦ №44 (март 2016) : Вестник УКЦ : АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Организация трасс медных трубопроводов для систем кондиционирования

В процессе приемо-сдаточных испытаний раз за разом приходится сталкиваться с ошибками, допущенными при проектировании и монтаже медных трубопроводов для фреоновых систем кондиционирования. Используя накопленный опыт, а также опираясь на требования нормативных документов, мы постарались объединить основные правила организации трасс медных трубопроводов в рамках данной статьи.

Речь пойдет именно об организации трасс, а не о правилах монтажа медных трубопроводов. Будут рассмотрены вопросы размещения труб, их взаимного расположения, проблемы выбора диаметра фреонопроводов, потребности в маслоподъемных петлях, компенсаторах и т. д. Мы обойдем стороной правила монтажа конкретного трубопровода, технологию выполнения соединений и иные детали. При этом будут затронуты вопросы более крупного и общего взгляда на устройство медных трасс, рассмотрены некоторые практические проблемы.

Главным образом данный материал касается фреоновых систем кондиционирования, будь то традиционные сплит-системы, мультизональные системы кондиционирования или прецизионные кондиционеры. При этом мы не коснемся монтажа водяных труб в чиллерных системах и монтажа относительно коротких фреоновых трубопроводов внутри холодильных машин.

Нормативная документация по проектированию и монтажу медных трубопроводов

Среди нормативной документации, касающейся монтажа медных трубопроводов, выделим следующие два стандарта:

  • СТО НОСТРОЙ 2.23.1–2011 «Монтаж и пусконаладка испарительных и компрессорно-конденсаторных блоков бытовых систем кондиционирования в зданиях и сооружениях»;
  • СП 40–108–2004 «Проектирование и монтаж внутренних систем водоснабжения и отопления зданий из медных труб».

Первый документ описывает особенности монтажа медных труб применительно к парокомпрессионным системам кондиционирования, а второй — применительно к системам отопления и водоснабжения, однако многие требования из них применимы и для систем кондиционирования.

Также мы использовали рекомендации производителей климатического оборудования, издаваемые ими в свободной форме.

Выбор диаметров медных трубопроводов

Выбор диаметра медных труб осуществляется на основе каталогов и программ расчета оборудования для кондиционирования воздуха. В сплит-системах диаметр труб выбирают по присоединительным патрубкам внутреннего и внешнего блоков. В случае мультизональных систем правильнее всего использовать программы расчета. В прецизионных кондиционерах используются рекомендации производителя. Однако при длинной фреоновой трассе могут возникнуть нестандартные ситуации, не указываемые в технической документации.

В общем случае для обеспечения возврата масла из контура в картер компрессора и приемлемых потерь давления скорость потока в газовой магистрали должна быть не менее 4 метров в секунду для горизонтальных участков и не менее 6 метров в секунду для восходящих участков. Во избежание возникновения неприемлемо высокого уровня шума максимально допустимая скорость газового потока ограничивается 15 метрами в секунду.

Скорость потока хладагента в жидкой фазе значительно ниже и ограничивается потенциальным разрушением запорно-регулирующей арматуры. Максимальная скорость жидкой фазы — не более 1,2 метра в секунду.

На высоких подъемах при длинных трассах внутренний диаметр жидкостной магистрали следует выбирать так, чтобы падение давления в ней и давление столба жидкости (в случае восходящего трубопровода) не приводило к вскипанию жидкости в конце магистрали.

В прецизионных системах кондиционирования, где длина трассы может достигать и превышать 50 метров, часто принимаются вертикальные участки газовых линий заниженного диаметра, как правило, на один типоразмер (на 1/8”).

Также отметим, что зачастую расчетная эквивалентная длина трубопроводов превышает предельную, указанную производителем. В этом случае рекомендуется согласовать фактическую трассу с производителем кондиционеров. Обычно выясняется, что превышение длины допустимо на величину вплоть до 50% максимальной длины трассы, указанной в каталогах. При этом производитель указывает необходимые диаметры трубопроводов и процент занижения холодопроизводительности. По опыту занижение не превышает 10% и не имеет решающего значения.

Маслоподъемные петли

Маслоподъемные петли устанавливаются при наличии вертикальных участков длиной 3 метра и более. При более высоких подъемах петли следует устанавливать каждые 3,5 метра. При этом в верхней точке устанавливается обратная маслоподъемная петля.

Но и здесь бывают исключения. При согласовании нестандартной трассы производитель может как порекомендовать установить дополнительную маслоподъемную петлю, так и отказаться от лишних. В частности, в условиях длинной трассы с целью оптимизации гидравлического сопротивления был рекомендован отказ от обратной верхней петли. В другом проекте из-за специфических условий на подъеме около 3,5 метра обязали установить две петли.

Маслоподъемная петля является дополнительным гидравлическим сопротивлением и должна учитываться при расчете эквивалентной длины трассы.

При изготовлении маслоподъемной петли следует иметь в виду, что ее размеры должны быть как можно меньше. Длина петли не должна превышать 8 диаметров медного трубопровода.

Крепление медных трубопроводов

Схема крепления трубопроводов в одном из проектов, из которой крепление хомута непосредственно к трубе неочевидно, что и стало предметом споров
Рис. 1. Схема крепления трубопроводов в одном из проектов,
из которой крепление хомута непосредственно к трубе
неочевидно, что и стало предметом споров

В части крепления медных трубопроводов наиболее распространенная ошибка — крепление хомутами через изоляцию, якобы для снижения вибрационного воздействия на крепежные элементы. Спорные ситуации в данном вопросе могут быть вызваны и недостаточно детальной прорисовкой эскиза в проекте (рис. 1).

На самом деле для крепления труб должны использоваться металлические сантехнические хомуты, состоящие из двух частей, скрученные винтами и имеющие резиновые уплотнительные вставки. Именно они и обеспечат необходимое гашение вибраций. Хомуты должны крепиться к трубе, а не к изоляции, должны иметь соответствующий размер и обеспечивать жесткое крепление трассы к поверхности (стене, потолку).

Выбор расстояний между креплениями трубопроводов из твердых медных труб в общем случае рассчитывается по методике, представленной в Приложении Г документа СП 40–108–2004. К данному способу следует прибегать в случае использования нестандартных трубопроводов или же в случае спорных ситуаций. На практике чаще используют конкретные рекомендации.

Так, рекомендации по расстоянию между опорами медных трубопроводов приведены в табл. 1. Расстояние между креплениями горизонтальных трубопроводов из полутвердых и мягких труб допустимо принимать меньше на 10 и 20% соответственно. При необходимости более точные значения расстояний между креплениями на горизонтальных трубопроводах следует определять расчетом. На стояке должно быть установлено хотя бы одно крепление независимо от высоты этажа.

Таблица 1 Расстояние между опорами медных трубопроводов

Диаметр трубы, ммПролет между опорами, м
ГоризонтальноВертикально
121,001,4
151,251,6
181,502,0
222,002,6
282,252,5
352,753,0

Отметим, что данные из табл. 1 приблизительно совпадают с графиком, изображенным на рис. 1 п. 3.5.1 СП 40–108–2004. Однако мы адаптировали данные этого норматива под используемые в системах кондиционирования трубопроводы относительно небольшого диаметра.

Компенсаторы температурного расширения

Расчетная схема выбора компенсаторов температурного расширения различного типа
Рис. 2. Расчетная схема выбора компенсаторов
температурного расширения различного типа
(а – Г-образный, б – О-образный, в – П-образный)
для медных трубопроводов

Вопрос, который часто ставит в тупик инженеров и монтажников — необходимость установки компенсаторов температурного расширения, выбор их типа.

Хладагент в системах кондиционирования в общем случае имеет температуру в диапазоне от 5 до 75 °C (более точные значения зависят от того, между какими элементами холодильного контура находится рассматриваемый трубопровод). Температура окружающей среды при этом меняется в диапазоне от –35 до +35 °C. Конкретные расчетные перепады температур принимаются в зависимости от того, где расположен рассматриваемый трубопровод, в помещении или на улице, и между какими элементами холодильного контура (например, температура между компрессором и конденсатором находится в диапазоне от 50 до 75 °C, а между ТРВ и испарителем — в диапазоне от 5 до 15 °C).

Традиционно в строительстве применяются П-образные и Г-образные компенсаторы. Расчет компенсирующей способности П-образных и Г-образных элементов трубопроводов производится по формуле (см. схему на рисунке 2)

Расчет компенсирующей способности П-образных и Г-образных элементов трубопроводов

где
Lк — вылет компенсатора, м;
∆L — линейная деформация участка трубопровода при изменении температуры воздуха при монтаже и эксплуатации, м;
А — коэффициент упругости медных труб, А = 33.

Линейная деформация определяется по формуле

∆L = α · L · ∆t,      [2]

L — длина деформируемого участка трубопровода при температуре монтажа, м;
∆t — перепад температур между температурой трубопровода в различных режимах в процессе эксплуатации, °C;
α — коэффициент линейного расширения меди, равный 16,6·10–6 1/°C.

Для примера рассчитаем необходимое свободное расстояние Lк от подвижной опоры трубопровода d = 28 мм (0,028 м) до поворота, так называемый вылет Г-образного компенсатора при расстоянии до ближайшей неподвижной опоры L = 10 м. Участок трубы расположен внутри помещения (температура трубопровода при неработающем чиллере 25 °C) между холодильной машиной и выносным конденсатором (рабочая температура трубопровода 70 °C), то есть ∆t = 70–25 = 45 °C.

По формуле [2] находим:

∆L = α · L · ∆t = 16,6·10–6 · 10·45 = 0,0075 м.

Далее по формуле [1] находим:

Расчет компенсирующей способности П-образных и Г-образных элементов трубопроводов

Таким образом, расстояния в 500 мм вполне достаточно для компенсирования температурных расширений медного трубопровода. Еще раз подчеркнем, что L — это расстояние до неподвижной опоры трубопровода, Lк — расстояние до подвижной опоры трубопровода.

При отсутствии поворотов и использовании П-образного компенсатора получаем, что на каждые 10 метров прямого участка требуется полуметровый компенсатор. Если ширина коридора или иные геометрические характеристики места прокладки трубопровода не позволяют устроить компенсатор с вылетом в 500 мм, компенсаторы следует устанавливать чаще. При этом зависимость, как видно из формул, квадратичная. При снижении расстояния между компенсаторами в 4 раза вылет компенсатора станет короче всего в 2 раза.

Для быстрого определения вылета компенсатора удобно пользоваться табл. 2.

Таблица 2. Вылет компенсатора Lк (мм) в зависимости от диаметра и удлинения трубопровода

Диаметр трубопровода, ммУдлинение ΔL, мм
5101520
12256361443511
15286404495572
18313443542626
22346489599692
28390552676781
35437617756873
42478676828956
545427679391 084
645908351 0221 181
766439101 1141 287
896969841 2061 392
1087671 0841 3281 534
1338511 2031 4741 702
1599301 3161 6121 861
2191 0921 5441 8912 184
2671 2061 7052 0882 411

Наконец, отметим, что между двумя компенсаторами должна быть только одна неподвижная опора.

Потенциальные места, где могут потребоваться компенсаторы, безусловно, те, где наблюдается наибольший перепад температур между рабочим и нерабочим режимами работы кондиционера. Поскольку самый горячий хладагент протекает между компрессором и конденсатором, а самая низкая температура характерна для наружных участков зимой, то наиболее критичными являются наружные участки трубопроводов в чиллерных системах с выносными конденсаторами, а в прецизионных системах кондиционирования — при использовании внутренних шкафных кондиционеров и выносного конденсатора.

Подобная ситуация сложилась на одном из объектов, где выносные конденсаторы пришлось установить на раме в 8 метрах от здания. На таком расстоянии при перепаде температур, превышающем 100 °C, был всего один отвод и жесткое крепление трубопровода. Со временем в одном из креплений появился изгиб трубы, через полгода после ввода системы в эксплуатацию появилась утечка. Три системы, смонтированные параллельно друг другу, имели одинаковый дефект и потребовали экстренного ремонта с изменением конфигурации трассы, внедрением компенсаторов, повторной опрессовкой и перезаправкой контура.

Наконец, еще один фактор, который следует учитывать при расчете и проектировании компенсаторов температурного расширения, особенно П-образных, — значительное увеличение эквивалентной длины фреонового контура за счет дополнительной длины трубопровода и четырех отводов. Если общая длина трассы достигает критических значений (а если мы говорим о необходимости использования компенсаторов, длина трассы, очевидно, немаленькая), то согласовывать с производителем следует окончательную схему с указанием всех компенсаторов. В некоторых случаях совместными усилиями удается выработать наиболее оптимальное решение.

Общие рекомендации по монтажу трасс систем кондиционирования

Трассы систем кондиционирования следует прокладывать скрыто в бороздах, каналах и шахтах, лотках и на подвесах, при этом при скрытой прокладке должен быть обеспечен доступ к разъемным соединениям и арматуре путем устройства дверок и съемных щитов, на поверхности которых не должно быть острых выступов. Также при скрытой прокладке трубопроводов в местах расположения разборных соединений и арматуры следует предусматривать сервисные лючки или съемные щиты.

Вертикальные участки следует замоноличивать только в исключительных случаях. В основном их целесообразно размешать в каналах, нишах, бороздах, а также за декоративными панелями.

В любом случае скрытая прокладка медных трубопроводов должна производиться в кожухе (например, в гофрированных полиэтиленовых трубах). Применение гофрированных труб из ПВХ не допускается. До заделки мест прокладки трубопроводов необходимо выполнить исполнительную схему монтажа данного участка и провести гидравлические испытания.

Открытая прокладка медных труб допускается в местах, исключающих их механическое повреждение. Открытые участки можно закрывать декоративными элементами.

Прокладку трубопроводов через стены без гильз, надо сказать, наблюдать практически не приходится. Тем не менее напомним, что для прохода через строительные конструкции необходимо предусматривать гильзы (футляры), например из полиэтиленовых труб. Внутренний диаметр гильзы должен быть на 5–10 мм больше наружного диаметра прокладываемой трубы. Зазор между трубой и футляром необходимо заделать мягким водонепроницаемым материалом, допускающим перемещение трубы вдоль продольной оси.

При монтаже медных труб следует использовать специально предназначенный для этого инструмент — вальцовку, трубогиб, пресс.

Советы опытных монтажников

Немало полезной информации о монтаже фреонопроводов можно получить от опытных монтажников систем кондиционирования. Особенно важно передавать данные сведения проектировщикам, поскольку одной из проблем проектной отрасли является ее оторванность от монтажа. Как следствие, в проекты закладываются трудно реализуемые на практике решения. Как говорится, бумага все стерпит. Начертить легко — выполнить сложно.

К слову, именно поэтому все курсы повышения квалификации в Учебно-консультационном центре АПИК проводят преподаватели, имеющие опыт в сфере строительно-монтажных работ. Даже для менеджерских и проектных специальностей приглашаются преподаватели из сферы реализации для обеспечения комплексного восприятия отрасли слушателями.

Итак, одно из основных правил — обеспечить на проектном уровне удобную для монтажа высоту прокладки фреоновых трасс. Расстояние до потолка и до фальшпотолка рекомендуется выдерживать не менее 200 мм. При подвесе труб на шпильки наиболее комфортные длины последних — от 200 до 600 мм. Со шпильками меньшей длины трудно работать. Шпильки большей длины также неудобны в монтаже и могут раскачиваться.

При монтаже трубопроводов в лотке не следует подвешивать лоток к потолку ближе, чем на 200 мм. Более того, рекомендуется оставлять около 400 мм от лотка до потолка для комфортной пайки труб.

Наружные трассы удобнее всего прокладывать именно в лотках. Если позволяет разуклонка, то в лотках с крышкой. Если нет — трубы защищают иным способом.

Неизменная проблема многих объектов — отсутствие маркировки. Одно из самых распространенных замечаний при работе в сфере авторского или технического надзоров — промаркировать кабели и трубопроводы системы кондиционирования. Для удобства эксплуатации и последующего обслуживания системы рекомендуется маркировать кабели и трубы каждые 5 метров длины, а также до и после строительных конструкций. В маркировке следует использовать номер системы, тип трубопровода.

При монтаже различных трубопроводов друг над другом на одной плоскости (стене) необходимо устанавливать ниже тот, у которого наиболее вероятно образование конденсата в процессе эксплуатации. В случае параллельного прокладывания друг над другом двух газовых линий различных систем, ниже должен быть установлен тот, в котором течет более тяжелый газ.

Заключение

При проектировании и монтаже крупных объектов с множеством систем кондиционирования и длинными трассами отдельное внимание следует уделять вопросам организации трасс фреонопроводов. Подобный подход разработки общей политики прокладки труб поможет сэкономить время как на этапе проектирования, так и на этапе монтажа. Кроме того, данный подход позволяет избежать массы ошибок, с которыми приходится встречаться в реальном строительстве: забытых компенсаторов температурного расширения или компенсаторов, которые не умещаются в коридоре из-за смежных инженерных систем, ошибочных схем крепления труб, неверных расчетов эквивалентной длины трубопровода.

Как показал опыт реализации, учет этих советов и рекомендаций действительно дает положительный эффект на этапе устройства систем кондиционирования, заметно снижает число вопросов при монтаже и количество ситуаций, когда экстренно требуется найти решение сложной проблемы.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «Мир климата»