Cum se calculează raza de curbură și rezerva de flexibilitate la instalarea conductelor PE-Xb și PE-RT în sistemele de încălzire prin pardoseală?

În proiectele moderne de construcții, sistemele de încălzire radiantă (încălzire prin pardoseală) reprezintă o soluție avansată pentru climatizarea spațiilor, care asigură un nivel ridicat de confort termic și eficiență energetică. Conductele din materiale polimerice aflate la baza acestor sisteme trebuie instalate într-o anumită configurație geometrică sub șapa pardoselii, pentru a asigura un transfer uniform de căldură către structura pardoselii. În timpul acestui proces, îndoirea conductelor reprezintă una dintre cele mai importante operațiuni, deoarece se poate apropia de limitele fizice de deformare ale materialelor termoplastice.

1. Raza de curbură și flexibilitatea conductelor PE-Xb și PE-RT

În sistemele de încălzire prin pardoseală sunt utilizate cu precădere două tipuri de polimeri tehnici avansați: PE-Xb (polietilenă reticulată prin silan) și PE-RT (polietilenă cu rezistență ridicată la temperatură). Diferențele dintre comportamentul lor vâscoelastic la îndoire își au originea în particularitățile structurii lor macromoleculare.

În timpul procesului de fabricație, PE-Xb dezvoltă o structură tridimensională de rețea prin formarea legăturilor de reticulare silanice (Si-O-Si) între lanțurile polimerice, utilizând metoda Monosil. Această structură conferă materialului o rezistență ridicată la îmbătrânire termică și proprietăți de memorie de formă. Totodată, aceasta determină o creștere ușoară a modulului de elasticitate, ceea ce face materialul mai rigid.

PE-RT, în special rășinile de tip II, nu prezintă legături de reticulare. În schimb, rezistența ridicată la temperatură este obținută prin încorporarea unor comonomeri de octenă în structura lanțurilor de etilenă. Absența reticulării permite o mobilitate mai mare a lanțurilor în regiunile amorfe ale PE-RT, conferind materialului o flexibilitate superioară și necesitând o forță mai redusă pentru îndoire.

2. Importanța flexibilității la instalarea sistemelor de încălzire prin pardoseală

Temperatura apei care circulă sub șapa pardoselii variază continuu în funcție de condițiile de funcționare ale sistemului de încălzire, situându-se, în mod obișnuit, între 35°C și 55°C. Polietilena prezintă un coeficient de dilatare termică (α ≈ 1,5–2,0 × 10⁻⁴ K⁻¹) semnificativ mai mare comparativ cu metalele. Atunci când conducta este încălzită, aceasta tinde să se dilate axial. Totuși, șapa din jurul conductei limitează această dilatare.

Această restricționare generează tensiuni termice în peretele conductei. Prin urmare, trebuie prevăzută o rezervă suficientă de flexibilitate în zonele de intrare și ieșire din distribuitor, la traversarea rosturilor de dilatație și în dreptul pragurilor dintre încăperi. În plus, îndoirea conductei peste limita de deformare admisă a materialului în timpul instalării poate provoca microfisuri (crazing) pe peretele exterior și deformarea secțiunii transversale interioare. Reducerea secțiunii interioare conduce la creșterea locală a pierderilor de sarcină hidraulică (hL) în circuitul de încălzire, reducând debitul de apă și putând determina apariția unor zone reci la nivelul suprafeței pardoselii.

3. Formula de calcul a razei minime de curbură

Atunci când o conductă din material polimeric este îndoită, pe peretele exterior apar tensiuni de întindere, în timp ce pe peretele interior apar tensiuni de compresiune. Cea mai mică rază de curbură pe care o poate suporta o conductă fără a-i compromite integritatea structurală este definită drept raza minimă de curbură (Rmin). Deformația maximă de pe peretele exterior (εmax) se calculează cu următoarea formulă:

εmax = Dout / (2R + Dout) ≈ Dout / 2R

În această formulă, parametrii sunt definiți astfel:

• εmax: deformația maximă a fibrei exterioare;
• Dout: diametrul exterior al conductei (mm);
• R: raza de curbură (mm).

Pentru a preveni deformarea plastică permanentă a lanțurilor polimerice din conductele de polietilenă, deformația maximă (εmax) trebuie menținută în limitele de siguranță. Conform recomandărilor privind îndoirea, prezentate în literatura tehnică și în standardele de instalare, inclusiv DIN 4726 și EN 1264, pentru operațiunile de îndoire la rece realizate cu ajutorul unui arc de îndoire se recomandă următoarea rază minimă de curbură:

Rmin ≥ 5 × Dout

De exemplu, în cazul îndoirii unei conducte PE-Xb sau PE-RT cu diametrul exterior de 16 mm, dimensiune utilizată frecvent în sistemele de încălzire prin pardoseală, raza minimă de curbură trebuie să fie de 80 mm atunci când se utilizează tehnici de îndoire manuală sau un arc de îndoire. Pentru operațiunile de îndoire fără susținere, realizate fără utilizarea unui arc de îndoire, trebuie aplicat un factor de siguranță mai mare, rezultând următoarea cerință:

Rmin ≥ 8 × Dout = 128 mm

4. Metode de protejare a conductelor în zonele cu raze mici de curbură

Cele mai importante zone ale unui sistem de încălzire prin pardoseală sunt coturile de 90°, în care conductele trec de la poziția orizontală, la nivelul pardoselii, la poziția verticală, către conexiunile distribuitorului. În aceste zone, conductele sunt deosebit de vulnerabile la solicitări mecanice în timpul turnării betonului și sunt adesea supuse razei minime admise de curbură.

Pentru a preveni îndoirea excesivă și concentrarea locală a tensiunilor, se utilizează elemente de ghidare și susținere a curburii, cunoscute și sub denumirile de coturi de ghidare sau ghidaje pentru conducte. Aceste componente de protecție, fabricate de regulă din poliamidă sau oțel galvanizat, înconjoară conducta și mențin raza de curbură la o valoare de cinci ori mai mare decât diametrul exterior al conductei (5 × Dout), contribuind astfel la prevenirea deteriorării locale și a fisurării.

În cazul instalării conductelor PE-Xb, în zonele deosebit de înguste sau dificile, poate fi aplicat un tratament termic controlat, utilizând un pistol cu aer cald la o temperatură maximă de 130°C, pentru a beneficia de proprietățile de memorie de formă ale materialului. Cu toate acestea, este esențial să se evite apropierea de temperatura de topire a polimerului.

5. Configurații de instalare a conductelor pentru optimizarea distribuției căldurii

Limitările impuse de raza minimă de curbură influențează în mod direct configurația geometrică a conductelor sub pardoseală. În sistemele de instalare în serpentină, conductele trebuie să formeze în mod repetat curbe în U de 180°, cu raze mici. Această configurație generează solicitări suplimentare asupra conductelor, apropiindu-le de limitele razei minime de curbură (Rmin). În plus, diferența de temperatură (ΔT) dintre apa de tur și cea de retur poate genera zone cu temperaturi neuniforme la nivelul suprafeței pardoselii.

În aplicațiile moderne de încălzire prin pardoseală este preferată, în general, configurația de instalare în spirală. În acest caz, conductele urmează un traseu spiralat de la marginile exterioare ale pardoselii către centru, utilizând curbe mai largi de 90°. Din centru, conducta de retur urmează un traseu paralel cu conducta de tur până la distribuitor.

Această metodă de instalare elimină necesitatea unor curbe repetate și strânse de 180°, contribuind la menținerea conductelor în limitele comportamentului lor vâscoelastic. În același timp, poziționarea apei de tur, cu temperatura cea mai ridicată, în imediata apropiere a apei de retur, cu temperatura cea mai scăzută, asigură o distribuție foarte uniformă a temperaturii pe suprafața pardoselii, îmbunătățind confortul termic și eficiența sistemului de încălzire.

6. Rezistența la temperaturi ridicate a conductelor Kuzeyboru pentru aplicații în construcții

Sistemele de încălzire prin pardoseală sunt proiectate să reziste la presiuni hidrostatice ridicate și la solicitări termice ciclice repetate sub șapa pardoselii, pe perioade îndelungate. Fiabilitatea lor pe termen lung depinde de respectarea unor parametri tehnici riguroși pe întregul parcurs al procesului de fabricație.

Conductele PE-Xb și PE-RT fabricate pe baza unor compoziții dezvoltate în cadrul Centrului de Cercetare și Dezvoltare Kuzeyboru respectă standardele internaționale privind toleranțele dimensionale, cu o precizie de ordinul milimetrilor. Conductele Kuzeyboru pentru încălzire prin pardoseală își mențin structura macromoleculară chiar și la temperaturi de vârf cuprinse între 70°C și 90°C, asigurând flexibilitatea necesară la instalare și o funcționare fiabilă în proiectele de construcții, oferind în același timp confort termic continuu pentru o perioadă de peste jumătate de secol.