Обогрев труб: инструменты и технология
В этой статье я хочу рассказать о том, как организовать обогрев труб. В ней будут затронуты как способы теплоизоляции трубопроводов различного назначения, так и использование электрических нагревательных приборов. Я познакомлю вас с разновидностями греющего кабеля, присутствующего на российском рынке, и опишу собственный опыт его использования.
Зачем это нужно
Как известно, обычно все инженерные коммуникации прокладываются ниже уровня промерзания грунта: в этом случае проблемы с замерзанием воды в них вас гарантированно не затронут. Однако в ряде случаев это невозможно, неудобно или нецелесообразно.
Приведу несколько примеров:
- В некоторых регионах страны глубина промерзания достигает 2 метра и более. Рыть траншеи такой глубины для прокладки канализации и водопровода при сооружении небольшого частного дома слишком накладно;
- Скальные грунты тоже могут поставить под вопрос подземную прокладку коммуникаций. При большой длине ввода затраты на рытье траншеи вполне могут оказаться сопоставимыми со стоимостью строительства небольшого коттеджа;
- В теплых областях (например, в Крыму, в котором я живу, или в Краснодарском крае) заморозки зимой — скорее исключение, чем правило. Суммарная продолжительность периодов с отрицательной температурой может составлять от одной до двух недель в году. На столь незначительное время проще и дешевле организовать подогрев коммуникаций, а не заглублять их в почву.
Теплоизоляция
Теплоизолирующие материалы отчасти решают проблему перемерзания канализации и водопроводов.
Увы, именно отчасти: теплоизоляция уменьшает потери тепла, однако в отсутствие расхода воды через трубу та все равно перемерзнет, хоть это и займет больше времени.
Какие именно изоляционные материалы применяются для утепления трубопроводов?
- Пенопластовая и пенополиуретановая скорлупа. Она подбирается по диаметру трубы и может быть зафиксирована на ней клеем или хомутами. Нередко скорлупа снабжается отражающим слоем алюминиевой фольги, который уменьшает потери за счет теплового излучения;
- Оболочки из вспененного полиэтилена и полипропилена. От жесткой скорлупы они отличаются эластичностью; оболочка с продольным надрезом в ней надевается на трубопровод и фиксируется хомутами или опять-таки полоской любого клея;
- Наконец, трубу можно просто обернуть любым рулонным материалом. Я советую использовать пенофол — вспененный полиэтилен с фольгированной поверхностью. Как и фольгированная скорлупа, он существенно уменьшит потери тепла за счет ИК-излучения.
Нагревательные элементы
Форма трубы (точнее, отношение ее диаметра к длине) диктует форму нагревателя: это должен быть кабель.
Греющие кабели, присутствующие в настоящее время на рынке, можно разделить на две основные категории:
- Резистивные;
- Саморегулирующиеся.
Резистивные
Понять принцип его работы легко любому человеку, который не прогуливал физику в школе. Через проводник с высоким сопротивлением течет ток, который вызывает его нагрев. Регулируя удельное сопротивление и длину проводника, можно регулировать удельную и общую потребляемую кабелем мощность, которая полностью преобразуются в тепловую энергию.
Резистивный электрический греющий кабель может быть одножильным и двужильным. В первом случае проводник подключается к источнику питания двумя концами, во втором — одним, что, как правило, гораздо удобнее.
Ключевые особенности, которыми обладает резистивный нагревательный кабель для водопровода и канализации, нетрудно предсказать, зная его устройство:
- Он продается отрезками фиксированной длины и мощности. Резать кабель нельзя;
- Перехлест может привести к локальному перегреву и разрушению изоляции;
- Цена погонного метра минимальна и незначительно отличается от стоимости обычного медного провода небольшого сечения;
- Мощность, потребляемая кабелем, неизменна. В частности, для него нехарактерны высокие значения пусковых токов.
Уменьшение длины проводника при неизменном напряжении питания приведет к падению его сопротивления, а, значит, к увеличению текущего через кабель тока (это прямо следует из закона Ома).
Увеличившийся ток вызовет перегрев проводника, что увеличит расход электроэнергии относительно номинального и с большой вероятностью приведет к нарушению изоляции и короткому замыканию.
Эту проблему отчасти обходит секционный резистивный греющий кабель для канализации и водопровода. Он состоит из двух продольных токоведущих жил с низким электрическим сопротивлением, соединенных между собой проводниками с более высоким сопротивлением. Такое устройство позволяет резать кабель отрезками фиксированной длины.
Саморегулирующиеся
Саморегулирующийся греющий кабель для канализационных труб и водопроводов устроен совсем иначе. В нем две токоведущих медных жилы с низким сопротивлением соединяются полупроводящей полимерной матрицей. Под этим громким названием скрывается пластик с высоким коэффициентом температурного расширения с добавленным в него измельченным проводящим материалом (например, графитовой пылью).
Как это работает?
- При нагреве полимер, являющийся основой полупроводниковой матрицы, расширяется. При этом частицы проводника удаляются друг от друга, теряя электрический контакт между собой. Сопротивление увеличивается, а нагрев участка кабеля уменьшается;
- При охлаждении процесс инвертируется, что приводит к увеличению мощности и… правильно, к разогреву.
В результате мы получаем сразу несколько очень приятных бонусов:
- Кабель потребляет именно ту мощность, которая необходима для поддержания целевой температуры. В теплую погоду он снижает потребление электроэнергии, экономя ваши деньги;
- Каждый участок кабеля регулируется независимо от других. Если один отрезок трубы начинает замерзать, а другой находится в тепле — нагреваться будет именно та часть трубы, которая остыла до опасной температуры. Отсюда — опять-таки экономия;
- Перехлесты больше не страшны нагревательному элементу: при нагреве он будет просто-напросто снижать потребляемую мощность;
- Кабель можно резать участками произвольной длины. В отличие от двужильного резистивного кабеля концевая муфта, замыкающая жилы между собой, ему не нужна: токопроводящие жилы и матрицу достаточно надежно изолировать (в первую очередь — от контакта с водой).
В дальнейшем я уделю основное внимание именно саморегулирующемуся кабелю — просто потому, что считаю его наиболее интересным и перспективным источником тепла для обогрева инженерных коммуникаций.
Выбор
Итак, мы собираемся купить саморегулирующийся кабель. На что обратить внимание при покупке?
Мощность
Я советую подбирать номинальную удельную мощность кабеля так:
- Для обогрева ввода водоснабжения диаметром до 32 мм достаточно 10 ватт на погонный метр;
- Обогрев канализации диаметром 50 мм потребует уже 16 ватт на метр;
- Канализационная труба диаметром 110 мм обогревается кабелем мощностью 30 — 40 Вт/м.
Оплетка
Экранирующая оплетка выполняет две функции:
- Уменьшает наводки, которые текущий через кабель ток создает в расположенных неподалеку электроприборах;
Наводки могут быть сколь-нибудь значительными только в том случае, если кабель навит на трубу в виде катушки. Экран же будет выполнять свои функции только будучи подключенным к заземлению.
- Обеспечивает механическую защиту матрицы от случайных повреждений.
На практике:
- Никаких наводок и отклонений в работе электроприборов рядом с подключенным к питанию кабелем без оплетки я не заметил. В частности, радиоприемник не ловит посторонних шумов, а динамик сотового телефона не издает никаких звуков, кроме речи собеседника;
- Механическую защиту оплетка обеспечит разве что при попытке перерубить кабель лопатой. Если вы не собираетесь делать этого, без нее можно спокойно обойтись.
Производитель
Кабель состоит из:
- Пары медных жил;
- Пластмассы с подмешанным в нее измельченным графитом;
- Изоляции.
Никаких высоких и секретных технологий в производстве не используется. Производство всех компонентов давно налажено и в Китае, и в Корее, и на всем постсоветском пространстве. Вердикт: гнаться за именем производителя нет никакого смысла. Переплата за бренд ничем себя не окупит.
Кроме кабеля
Для сборки полноценной греющей секции, помимо самого кабеля нужной длины, потребуются:
- Так называемый холодный конец (говоря по-русски, провод с вилкой);
- Термоусадочная трубка трех разных диаметров;
- Медные гильзы для обжимки токоведущих жил;
- Силиконовый герметик.
Магазины, торгующие кабелем, нередко предлагают все необходимое для сборки секции в виде набора.
Сборка
Как своими руками превратить набор на вашем столе в нагревательную секцию, готовую к работе?
Вот пошаговая инструкция:
- Снимите с присоединяемого к шнуру питания конца кабеля наружную оболочку. Длина зачищенного участка должна быть примерно равна 45 мм;
- Скрутите экран в жгут (разумеется, если он есть);
- Зачистите крайние 20 мм матрицы от вторичной изоляции;
- Вырежьте крайние 20 мм матрицы и освободите жилы от изоляции;
- Зачистите жилы кабеля питания и наденьте на них тонкую термоусадку, затем наденьте среднюю и толстую термоусадку на провод питания;
- Соедините гильзами токоведущие жилы кабеля с жилами провода питания и обожмите их специальными клещами или обычными пассатижами;
- Сдвиньте на гильзы тонкую термоусадку и обсадите ее феном или пламенем зажигалки;
- Средней термоусадкой с небольшим количеством нанесенного под нее герметика обсадите матрицу кабеля и токоведущие жилы провода питания;
- Соедините экранирующую оплетку с проводом заземления;
- Сдвиньте на соединение толстую термоусадку, предварительно нанеся под нее немного силикона, и обсадите ее;
- Срежьте крайние 20 мм кабеля с противоположного конца ступенькой;
- Последовательно обсадите конец средней и толстой термоусадочной трубкой с герметиком под ними. Верхняя термоусадка в горячем виде дополнительно обжимается пассатижами.
Монтаж
Как выглядит установка греющего кабеля на трубопровод?
В теории — очень просто.
Кабель приклеивается к нижней части трубы (чтобы восходящий поток теплого воздуха прогревал максимальную площадь ее поверхности) алюминиевым скотчем. Именно алюминиевым — потому, что фольга уменьшит потери лучистого тепла. Снаружи труба теплоизолируется скорлупой, оболочкой из вспененного полиэтилена или рулонным материалом.
Внутренний монтаж кабеля в водопровод тоже возможен: он заводится в трубу через муфту с резиновым или силиконовым уплотнителем.
Установка греющего кабеля внутрь канализационной трубы не рекомендуется по нескольким причинам:
- Он может стать причиной частых засоров, наматывая на себя всевозможный мусор (волосы, шерсть домашних животных, туалетную бумагу и т.д.);
- Кабель почти наверняка будет поврежден при прочистке канализации — его намотают на себя канализационный тросик или проволока;
- Даже если этого не произойдет, агрессивные стоки при постоянном контакте с термоусадочной трубкой на конце кабеля и на соединении с холодным концом за один-два года разрушат термоусадку и вызовут короткое замыкание.
Мой опыт
Некоторое время назад я озадачился модернизацией системы канализации в недавно купленном доме.
В ней были сделаны два важных изменения:
- Выгребную яму сменил септик, требующий откачки в несколько раз реже. Отстойник септика из-за особенностей планировки лома и придомовой территории было решено установить не в грунте, а открыто, под крыльцом дома;
- Канализация достроенного мансардного этажа была выведена к септику прямо по фасаду, открыто.
Это не так наивно, как может показаться. Напомню: дело происходило в Севастополе, городе со средней температурой января в +3 градуса.
Первая же зима, однако, показала, что мои надежды на крымское тепло были чрезмерно оптимистичными. После вторжения с материка арктических воздушных масс температура за одну ночь упала до -20 градусов.
За два дня заморозков произошло следующее:
- Бак отстойника заполнился льдом. К счастью, полиэтиленовые стенки благодаря эластичности полимера не потрескались, а лишь слегка растянулись;
- То же самое произошло с горизонтальным участком проложенной по фасаду трубы и с переливом, соединяющим отстойник с бывшей выгребной ямой, а ныне -фильтрующим колодцем.
Мной было принято вполне закономерное решение организовать обогрев трубопроводов греющим кабелем. Кабель мощностью 16 ватт был закуплен для обогрева перелива диаметром 50 мм; для канализации диаметром 110 мм удельная мощность была увеличена до 30 ватт (в полном соответствии с приведенными выше рекомендациями). Несколько метров кабеля было уложено спиралью в сам отстойник, чтобы исключить его перемерзание в дальнейшем.
И концевая муфта, и соединение с шнуром питания были оставлены за пределами бака , чтобы исключить их повреждение гниющими стоками.
При монтаже выяснилось, что закрепить кабель только наклеенным вдоль трубы алюминиевым скотчем почти невозможно. Он не обладает сколь-нибудь значительной прочностью и постоянно рвется.
Проблема решалась двумя способами:
- Фиксацией кабеля полиэтиленовыми хомутами;
- Наклейкой алюминиевого скотча поверх обычного.
По прошествии двух зим эксплуатации системы обогрева можно подвести некоторые итоги.
- Она показала свою эффективность. И трубы, и отстойник септика при падении температуры ниже нуля (вплоть до минимальных с момента установки обогрева -15С) больше не перемерзали;
- На счетах за электричество установка кабеля практически не отразилась. В среднем за сезон, по моим подсчетам, кабель потребляет от 30 до 50 КВт*ч электроэнергии. Согласитесь, не самая высокая плата за исправно работающую канализацию.
Заключение
Искренне надеюсь, что мой опыт окажется полезным читателю. Как всегда, дополнительные тематические материалы вы сможете изучить, просмотрев видео в этой статье. Жду ваших дополнений и комментариев. Успехов, камрады!