کاهش مصرف سوخت با لوله‌های پلیمری در گرمایش کف ساختمان

• علیرضا مردوخ‌پور
•  عضو هیات علمی دانشگاه آزاد اسلامی و دکترای ساختمان‌های توزیع و انتقال آب

اشاره:با استفاده از پیشرفت‌های بوجود آمده در علم پلیمر و تولید لوله‌های پلیمری و با توجه به روند روز افزون استفاده از لوله‌های پلیمری در جهان و صنعت ساختمان‌سازی کشور و تنوع لوله‌های پلیمری تولیدی مزایا و معایب این لوله‌ها را در سیستم گرمایش کفی ساختمان‌ها مورد بررسی قرار می‌دهیم. از آن‌جا که استفاده از لوله‌های پلیمری در سیستم گرمایش کفی به جهت تاثیر در کاهش مصرف انرژی صورت می‌گیرد شایسته است مورد نقد قرار گیرد. سیستم گرمایش کفی که به واسطه تکنولوژی و تولید لوله‌های پلیمری در دو دهه اخیر بسیار مورد استقبال قرار گرفته است امروزه مورد مطالعه بیشتر کشورها است هم اکنون سیستم گرمایش کفی در حدود نیمی از خانه‌های جدید الاحداث در اروپا مورد استفاده قرار گرفته است و استقبال از آن موجب تلاش و تشویق بیشتر محققین شده است. به طور کلی سیستم گرمایش کفی، سیستمی است که با چرخش آب گرم از میان شبکه‌های لوله‌ای غالبا پلیمری که نصب می‌گردند، به تدریج حرارت را در تمام سطح کف ساختمان پخش می‌کند و توزیع یکنواختی از حرارت در کف بوجود می‌آورد. در این سیستم بر خلاف روش‌های سنتی رایج‌، سطح بالایی از تابش گرمایی که حدود 60 درصد است به محیط کف انتقال و بدون آن که سبب خشک شدن هوای مجاور گردد، منطبق‌ترین حالت با شرایط آسایش انسان بوجود می‌آید. در سیستم گرمایش کفی، به واسطه استفاده از لوله‌های پلیمری، کفی خشک و گرم ایجاد می‌شود لذا موجودات ریز نمی‌توانند در آن رشد و تکثیر یابند. از دیگر مزایای این سیستم ان است که به واسطه استفاده از لوله‌های پلیمری به جهت طول عمر بالای لوله‌ها‌، هیچ نگرانی بابت پوسیدگی، خوردگی و رسوب‌گرفتگی وجود ندارد.

مزایا و معایب استفاده از لو له‌های پلیمری:

لوله‌های پلیمری جدید تولید شده‌ (NEW PIPE) ‌دارای طول عمر بالای 50 سال هستند واولین امتیاز آنها این است که به. واسطه این طول عمر بالا مسئله نگهداری و مراقبت عملا حذف می‌شود. به دلیل سطح وسیع پوشش داده شده با این لوله‌ها و حرارت تابشی ساطع شده، سیستم گرمایش کفی می‌تواند با 3 تا5 درجه سانتی‌گراد کم‌تر نسبت به روش‌های سنتی رایج و تامین همان شرایط مطلوب آسایش انسانی باعث کاهش در مصرف انرژی شود چرا که به ازای هر یک درجه سانتی‌گراد کاهش دما حدود6 درصد کاهش در مصرف انرژی داریم و در شرایط مناسب این سیستم می‌تواند باعث کاهش تا حتی 40- ا30 درصدی مصرف انرژی شود. از مزایای دیگر لوله‌های پلیمری آن است که در سیستم رایج استفاده از رادیاتور با لوله‌های فلزی، معایبی از جمله خوردگی فلز، به روز واکنش‌های شیمیایی و تشکیل لایه‌ای رسوب در داخل لوله و در نهایت افت فشار بالا به چشم می‌خورد ولی در لوله‌های پلیمری که غالبا از نوع PP(پلی پروپیلن) و PE(پلی اتیلن) و گاهی PVC(پلی وینیل کلرید) ‌است مسائل و مشکلات ذکر شده بر طرف می‌شود.

اگر چه پلیمرها در برابر کشیدن نفوذ پذیرند و مسئله خوردگی کاملا از بین نمی‌رود. به سبب برطرف نمودند عیب فوق در پلیمرها روش شبکه‌ای کردن (Cross Linking) یعنی ایجاد اتصال عرض بین زنجیر‌های پلیمری به گونه‌ای که ساختار خطی پلیمر به ساختار شبکه‌ای تبدیل شود مورد استفاده قرار گرفته است و در اصطلاح پلی‌اتیلن شبکه‌ای PEX بوجود آمده است و با توجه به استاندارد‌های ASTM امریکا و DIN آلمان طول عمر مطلوب با لحاظ نمودن شرایط دمایی و فشار معین در سیستم‌های ساختمانی 50 سال بر آورده شده است که برای PP وPE معمولی و نیز لوله‌های فلزی این امر بدست نمی‌آید ولی برای لوله‌های PEX‌این امکان فراهم می‌شود که طول عمر50 سال تضمین شود اخیرا لوله‌های NEW PIPE نیز تولید شده اند که علاوه بر کاربرد در فشار بالاتر و دمای نود درجه سانتی‌گراد بیش از 50 سال کاربری دارند. یکی از معایب لوله‌های پلیمری آن است که ضریب انبساط حرارتی بالای این مواد در مقایسه با مواد فلزی سبب افزایش طول بیشتر لوله‌ها می‌شود. افزایش طول بیشتر سبب بوجود آمدن معایب زیر می‌شود.

الف )ایجاد تنش حرارتی و نتیجه ترک در لوله.

ب)خمیده شدن لوله در محل اتصال و در نتیجه شکستن لوله.

ج) انجام ومحاسبات افزایش طول در لوله کشی

به دلیل بروز مشکلات فوق لوله‌های NEW PIPE تولید شده‌اند که در بین لایه‌های پلیمر یک لایه فلز قرار می‌گیرد تا ضریب انبساط حرارتی پایین‌تری بوجود آید. یکی از عیوب لوله‌های پلیمری مانند پلی‌اتیلن و پلی‌پروپلین آن است که لوله‌ها اگر چه نسبت به لوله‌های فلزی دارای عمر طولانی‌تر هستند ولی مانع خوبی در برابر عبور اکسیژن نیستند. نفوذ اکسیژن به داخل آب سبب تشدید خوردگی اجزای فلزی می‌شود. از جمله مزایا لوله‌های پلیمری آن است که در مقایسه با لوله‌های فلزی دارای زبری سطحی بسیار کوچک‌تر هستند. که این ویژگی سبب می‌شود که علاوه‌بر کاهش رسوب‌گذاری، کاهش افت فشار در شبکه را نیز خواهیم داشت. و امکان استفاده از لوله‌های با قطر کمتر و در نتیجه سرعت آب بیشتر آب در لوله و گرما نارسایی سریع‌تر فراهم می‌شود.

لوله‌های پلی‌اتیلن

ماده اصلی بسیاری از لوله‌های تولید شده پلی‌اتیلن است که دارای خواص مهمی ‌از جمله عایق الکتریکی، خاصیت فیلم و ورقه شدن و مقاومت شیمیایی در برابر رسوبات را دارا است ولی پلی‌اتیلن دارای ضعف است که تلاش در جهت اصلاح ساختار آن منجر به تولید نسل جدید لوله‌های نیو‌پایپ NEW PIPE شده است. از جمله معایب پلی‌اتیلن آن است که در برابرحلال‌ها تحت دما و شرایط معین مقاومت کمتری نشان می‌دهد و اکسیژن می‌تواند در آن خرابی بسیار به بار آورد‌، طوری که در طولانی مدت وقتی در برابرآب قرار می‌گیرد اکسیژن آزاد شده تولید پوسیدگی می‌کند. این امر استفاده از این لوله‌ها را در شبکه آب‌رسانی اب گرم محدود می‌کند. برای رفع مشکل فوق با شبکه‌ای شدن پلی‌اتیلن، این ماده در بسیاری از حلال‌هایی که پلی‌اتیلن معمولی در آن می‌شود مقاوم می‌شود. منظور برطرف نمودن خاصیت ضریب انبساط حرارتی زیاد پلی‌اتیلن ونیز کاهش نفوذ اکسیژن به داخل آب یک لایه ی آلومینیوم در بین لایه‌های پلی اتیلن قرار داده می‌شود استفاده از آلومینیوم آلیاژی که استحکام بالا است دارای مزیت‌های بیشتراست‌. ‌یکی ازایرادات استفاده ازآلومینیوم جوش طولی آن است. اگرسعی شود که لایه آلومینیوم بدون جوش ویکسره استفاده شود در استحکام لوله نقش مهمی ایجاد می‌شود جوش فویل آلومینیوم با ضخامت در حدود 200 تا 300میکرون تکنولوژی بالایی را می‌طلبد و هزینه کار را افزایش می‌دهد و در تولید لوله‌های NEW PIPE‌ از این تکنولوژی بهره می‌گیرند. یکی از دیگر از معایب لوله‌های پلیمری مسئله چسباندن فلز آلومینیوم به پلی‌اتیلن است. بین لایه آلومینیوم و لایه‌های داخلی و خارجی پلی‌اتیلن باید از دو لایه چسب استفاده شود چرا که چسبندگی پلی‌اتیلن به آلومینیوم ضعیف است چسب‌های که در این پروسه به کار می‌روند باید ویژگی خاص داشته باشند و هزینه بالاتری در تولید می‌طلبد. از مزایای دیگر لوله‌های پلی‌اتیلن انعطاف‌پذیری لوله‌های مذکور است. با وجود ان که لوله‌های فلزی قابلیت مکمل‌پذیری بهتری دارند ولی لوله‌های پلیمری قابلیت انعطاف پذیری زیادتری دارند و در بعضی مکان‌ها بویژه محل اتصالات که استفاده از لوله‌های فلزی سخت و پر زحمت است. لوله‌های پلیمری کارآمدی بالاتر دارند. در لوله‌های NEW PIPE که دارای لایه آلومینیومی ‌میانی هستند از خاصیت مرکب فلز و پلیمر استفاده شده است و علاوه بر انعطاف‌پذیر بودن بر خاصیت مکانیکی لوله افزوده شده و می‌توان تعداد اتصالات کمتری در شبکه لوله‌کشی تعبیه نمود و هزینه را کاهش داد.

گرمایش تابشی به عنوان آرامش بخش‌ترین و طبیعی‌ترین گرمای موجود است سیستم کف تابشی از طریق کل کف بدون آن که فضای خاصی را در منزل به خود اختصاص دهد باعث گرمایش منزل می‌شود و هیچ منبع حرارتی یا رادیاتوری دراتاق نیست که باعث بر‌هم‌خوردن طراحی داخلی شود و از این نظر مورد علاقه مهندسان معمار نیز می‌شود. این سیستم علاوه بر راحتی ساکنان باعث کاهش مصرف انرژی بین 40-30 درصد نیز می‌شود. عمده مصالح این سیستم لوله‌های پلیمری است که دارای مزایا و در عین حال نقایصی هستند.