Самогреющий кабель для водопровода: как утепляем водопровод с помощью греющего кабеля

Прежде чем начинать рассмотрение темы, необходимо внести некоторую ясность в терминологию. И в первую очередь — разочаровать тех, кто ищет действительно самогреющий кабель для водопровода: они его никогда не найдут, так как такового попросту не существует. Здесь очевидная «игра слов» на уровне жаргонизма, приведшая к подмене понятий. Никакой кабель не станет греть сам по себе – без подключения к сети питания это невозможно.

Иное дело, что некоторые разновидности таких нагревательных кабелей имеют интересную схему строения, дающую эффект саморегуляции, то есть изменения температуры нагрева в зависимости от окружающих условий. Вот о них и пойдет речь далее. Так что статью было бы правильнее назвать – «Саморегулирующийся греющий кабель для водопровода».

Для чего и где необходимо подогревать водопровод?

Для чего – вопрос риторический, конечно. Все знают, что случается с водой при отрицательных температурах, и к чему может привести ее замерзание в ограниченном объёме (в частности – в трубе). Так что зимой прихваченный морозом водопровод не только осложняет жизнь хозяевам дома отсутствием воды. Очень вероятна серьезная авария, влекущая за собой масштабные ремонтно-восстановительные работы.

Хозяевам городских квартир с этим вопросом проще – они по договору получают воду уже на входе в свои владения. Владельцу частного дома всегда есть над чем думать – у него обязательно найдется участок наружной подземной прокладки трубопровода от автономного источника или от центрального коллектора. И сохранность этого участка – целиком на его совести.

Напрашивающееся решение – размещать трубопровод на такой глубине, где никогда гарантированно не будет температуры ниже нуля (за счет геотермального тепла). То есть – прокладывать трубы ниже уровня промерзания грунта, добавив еще для надёжности 300÷500 мм глубины.

Это действительно решение, но, увы, не полное, да и не всегда возможное. По той простой причине, что грунт на участке строительства может просто не позволить прокладку глубоких траншей.

Но даже если с этим проблем нет – все равно труба должна «вынырнуть» с глубины, чтобы войти в дом до станции подготовки или коллектора раздачи.  А это означает, что наверняка будут участки на подъёме, при проходе через замерзающие слои грунта, через ленточный фундамент, через пространство между грунтом и перекрытием, если дом покоится на свайном или столбчатом фундаменте. Наконец, на пути трассы могут быть и неотапливаемые подвальные или цокольные помещения, где воду тоже может «прихватить».

Только лишь термоизоляцией здесь отделаться невозможно. Утеплитель способен предупредить быстрый уход тепла, но ни одной калории он добавить не в состоянии.  То есть длительное время с морозом ему в одиночку не справиться. Значит, нужен какой-то минимальный нагрев, чтобы удерживать воду выше нулевой отметки.

Благо, такие уязвимые участки чаще всего располагаются поблизости от дома или непосредственно в нем. Это все же несколько упрощает хлопоты по защите их от промерзания.

Какие варианты напрашиваются для этого помимо качественной термоизоляции? Пускать вдоль водопровода тепловой спутник с горячим теплоносителем от системы отопления? Это далеко не всегда возможно, но зато всегда – очень хлопотно. Значит, остается электрический обогрев.

Именно для таких целей разработаны нагревающие кабели различного типа. В том числе – и интересующие нас саморегулирующиеся.

Как устроен и как действует саморегулирующийся нагревательный кабель для водопровода?

Принцип преобразования электрической энергии в тепловую – то что надо в таких условиях. Имеется в виду, что не требуется какого-то сложного монтажа, а само оборудование имеет очень компактные размеры.

Главным «рабочим органом» становится кабель, естественно, заключенный в очень надёжную со всех точек зрения изоляцию. Располагаться этот кабель может как снаружи трубы, так и в ее полости, предохраняя наиболее уязвимые участки водопровода от замерзания. В любом случае изоляция должна гарантированно исключать порывы, замыкания, плавление, пробои на корпус трубы или в воду, другие неприятности.

Казалось бы, самый простой вариант – обычный резистивный нагрев, по типу спирали или ТЭНа.

Действительно, такие нагревательные кабели предлагаются в продаже. Они несложны по устройству – роль нагревателя выполняет проводник, изготовленный из особого сплава, имеющий определенное повышенное электрическое сопротивление. При пропускании тока (подключении кабеля к сети) проводник нагревается, отдавая тепло через слои изоляции стенкам трубы.

Резистивные кабели бывают одножильным (крайне неудобными в рассматриваемых условиях) и двужильными. У двужильных, в зависимости от модели, или оба проводника могут играть роль активного нагревательного элемента, или один служит только для коммутации замкнутой цепи, а второй становится «ТЭНом». В любом случае двужильный кабель должен иметь концевую муфту, в которой оба проводника замыкаются.

Такие кабели обладают массой достоинств, к коим можно отнести высокие показатели мощности нагрева, простоту конструкции и, соответственно, относительно невысокую цену.

Но некоторые недостатки резистивного нагрева все же заставляют задумываться о поиске более совершенных вариантов. Есть немало сложностей в управлении такой системой. Ее никак нельзя назвать экономичной. Нагрев производится одинаково по всей длине кабеля, то есть если кабель настраивается по самому холодному участку, в некоторых местах температура может быть явно избыточной (с точки зрения экономии, конечно).

Недопустима укладка таких кабелей с перехлёстом – в этих точках почти гарантировано быстрое перегорание.

И еще одно — такие кабели обычно реализуются в виде готовых изделий определенного метража – как, скажем, готовая спираль или ТЭН. И самостоятельное изменение длины (наращивание или укорочение) запрещено — оно неизбежно сопровождается изменением всех характеристик кабеля: сопротивления, тока нагрузки, вырабатываемой тепловой мощности. Это может привести к весьма неприятным последствиям, например, нагрев становится недостаточным, или кабель, не отработав и пары месяцев, перегорает.

Поэтому с этих позиций намного более выгодным видится использование саморегулирующегося кабеля.

Устроен он – совершенно иначе, да и принцип его действия – совсем другой.

Устройство показано на примере высококачественного нагревательного кабеля «SelfTec® DW»:

1 – наружная защитно-изолирующая оболочка из полиэтилена низкого давления (LDPE). Этот полимер полностью безопасен для любых пищевых продуктов, то есть никак не испортит и качества воды, если кабель предполагается разместить внутри трубы.

2 – второй слой внешней оболочки выполнен из прочного и гибкого полимера, модифицированного полиолефина, обладающего отменными диэлектрическими характеристиками и стойкостью к перепадам температур.

3 – экранирующая оплетка из луженой медной проволоки.

4 – еще одна экранирующая оплетка – на этот раз из алюминиевой фольги.

5 – основной слой диэлектрика – полиолефиновая изоляция.

6 – полупроводниковая нагревательная матрица – основной «рабочий элемент» кабеля.

7 – залитые в материале матрицы два медных проводника (в показанном примере – луженые)

В чем же особенности работы такого кабеля? Давайте разбираться…

Так как проводники кабеля изготовлены из обычной меди, то совершенно очевидно – никакой резистивной функции они выполнять не будут. Этот металл – отменный проводник с очень невысоким сопротивлением. Так что провода выполняют роль токонесущих шин (для фазы и нуля), и потому между собой напрямую не закорочены – в отличие от двухжильных резистивных кабелей, в концевой муфте жилы надежно изолированы одна от другой.

А проводимость тока идет через полупроводниковую матрицу. Причем, одновременно по всей длине нагревательного кабеля. То есть любой отдельно взятый участок кабеля можно рассматривать как самостоятельную цепь с питанием через общие шины.

А вот матрица, при пропускании через себя тока, дает требуемый нагрев. Но это еще – не самое главное. Не зря было указано, что материал матрицы – полупроводник, то есть в него заложены определенные свойства. А конкретно – количество n-p переходов, то есть создаваемых «цепочек» проводимости, имеет свойство изменяться с изменением температуры. .

Чем ниже температура, тем больше создается «дорожек проводимости», тем больше проходит тока, тем больше нагрев.

С ростом температуры проводимость матрицы начинает снижаться – стало быть, уменьшается и количество выделенного кабелем тепла.

На определенном пределе нагрева проводимость может и вообще практически «закупориться» или стать столь низкой, то потребление тока будет минимальным, а нагрев – практически неощутимым.

Согласитесь, это очень удобно.  Как мы уже видели, на участке прокладки нагревательного кабеля чередуются весьма различающиеся по внешним температурным условиям зоны. То есть труба может, например, прокладываться на безопасной глубине, затем постепенно подниматься (зимой это будет характеризоваться понижением температуры), проходить через массивный фундамент, страшно вытягивающий тепло, затем попадать в теплое помещение домашней насосной станции.  То есть при использовании саморегулирующегося кабеля на каждом отдельно взятом участке в зависимости от температуры будет свое потребление тока и свой локальный нагрев. Значит, можно достичь немалой экономии, не рискуя при этом заморозить свой водопровод.

Понятно, что стоимость подобных нагревательных кабелей может быть в несколько раз выше резистивных. И это, наверное, единственный их недостаток. Но зато и достоинства – очевидны.

Кстати, еще об одном преимуществе. Такой кабель можно приобретать готовыми секциями, то есть с уже установленными «холодными проводами» (провода для подключения к сети) и концевой изолирующей муфтой. Но это бывает не всегда удобно – в ассортименте магазина на момент покупки может не оказаться нужного набора.

Но вполне можно приобрести такой кабель и метражом, то есть ровно столько, сколько требуется по результатам проведения расчетов.

Такой кабель можно свободно резать — на внешней оплетке имеется маркировка по длине в бухте и отметки мест реза. Правда, перед монтажом предстоит на одном конце кабеля самостоятельно скоммутировать и заизолировать «холодные провода», а на втором – концевую изолирующую муфту. Задача очень ответственная, но суперсложной ее не назовешь. Как это проводится – будет рассказано ниже.

Понятно, что при покупке комплектующих необходимо иметь определенную информацию о том, сколько и какого кабеля потребуется для обогрева «проблемного» участка водопровода. Как получить такую информацию – расскажем в следующем разделе.

Как проводится расчет нагревательного кабеля?

Если точнее – необходимо определить, какой метраж кабеля какой удельной мощности обеспечит гарантированную защиту уязвимого участка водопровода от замерзания.

Начнем с того, что любой кабель характеризуется удельной тепловой мощностью. Этот показатель говорит, сколько ватт тепловой энергии можно снять с погонного метра кабеля при его штатной работе. Такой показатель обычно нанесен маркировкой на верхнюю оплётку, наряду с другими данными.

А так как параметр мощности саморегулирующегося кабеля – величина, как мы помним, зависящая от температуры, то обычно для таких изделий указывается средняя мощность в оптимальной точке выше границы замерзания – примерно 10 ℃. Этот порог, кстати, и дальше будет фигурировать в наших расчетах.

Надо сказать, что нет четкой линейки мощностей таких кабелей – в разных производителей могут быть свои «шкалы». Но если оценить в общем, просмотрев немало предлагаемых вариантов, то можно судить, что попадаются кабели с удельной линейной мощностью от 7 и до 50 Вт/м.

Понятно, что расположенный под термоизоляцией на теле трубы или внутри утепленной трубы греющий кабель должен быть в состоянии полностью восполнить неизбежные теплопотери и иметь небольшой запас мощности. Так, чтобы ни при каких обстоятельствах не допустить начала морозной кристаллизации воды в неподвижном ее состоянии.

Существует специальная теплотехническая формула, позволяющая просчитать тепловые потери из утепленной трубы, отталкиваясь от диаметра этой трубы, толщины и теплопроводных качеств термоизоляции, разницы температур. Надо сказать, формула довольно громоздкая, содержащая логарифмические функции, и своим видом способная отпугнуть далекого от теплотехники читателя. Но можно обойтись и без нее – по этой формуле проведены расчеты и составлены таблицы данных, которых в нашем случае будет достаточно.

Такая таблица расположена ниже.

• В верхней строке указаны диаметры труб, для которых ведется расчет.
• Крайний левый столбец – это толщина термоизоляционного материала, в который «одета» труба. Коэффициент теплопроводности для расчета был взят усредненный, порядка 0,04 Вт/м×℃, что в полной мере соответствует большинству качественных современных трубных утеплителей.

Кстати, здесь тоже не все отдается «на откуп самодеятельности». Существуют определенные рекомендованные рамки, которых следует придерживаться. Так, для труб с диаметром условного прохода до 20 мм (¾») слой термоизоляции должен составлять не менее 20 мм, с ДУ до 32 мм (1¼ «) – 30 мм, с ДУ 40 мм (1½») – 40 мм, ДУ 50 (2.0″) – 50 мм, и так далее. В противном случае можно разориться на обогреве водопровода, но так и не достичь нужных результатов.

• Во втором столбце для каждой из толщин показано по четыре варианта разницы температур – от 20 до 60 градусов. Что это значит?

Берется разница между температурой в самую холодную декаду зимы, свойственную данной местности, и значением в +10 ℃, к которому мы будем условно стремиться подогнать воду в трубе, не допуская ее замерзания. То есть если в регионе зимы мягкие, и морозов ниже -10 ℃ градусов практически и не бывает, то все равно разница получается ΔT = 20 градусов – это в условиях России, наверное, минимум. Если морозы под -30 ℃ — разница 40 градусов и т.п.

На пересечении выбранной строки с толщиной термоизоляции и разницей температур и столбца с диаметром трубы получаем искомое значение удельных расчетных тепловых потерь с одного метра трубы.

Расчетные тепловые потери на 1 погонный метр трубопровода, Вт/м

Например: на водопроводную трубу диаметром 50 мм будет надеваться пенополистирольная «скорлупа» толщиной 30 мм. Найти удельные теплопотери, если самыми сильными морозами считается – 20 ℃.

Отыскиваем по таблице сначала толщину утеплителя в 30 мм, в этой группе – разницу температур в 30 градусов. На пересечении со столбцом для диаметра трубы 50 мм получаем: теплопотери равны 10,6 Вт с погонного метра.

Зная удельные теплопотери, можно рассчитать длину кабеля для обогрева участка водопровода. Для этого потребуются следующие данные:

— Длина участка трубы, на котором по замыслу будет укладываться греющий кабель. Понятно, что это суммарная длина, то есть с учетом всех горизонтальных, вертикальных, наклонных промежутков, если таковые есть.

— Паспортная удельная мощность кабеля, Вт/м. Эта мощность не должна быть меньше удельных теплопотерь.

Кстати, на этот счет можно встретить и рекомендации, наработанные, как говорится, эмпирическим путем.

Рекомендуемые показатели удельной мощности нагревательного кабеля в зависимости от диаметра трубы:

— Какой кабель будет использоваться – обычный резистивный или саморегулирующийся. Понятно, что в нашей статье нас разговор идет о саморегулирующемся, но просто алгоритм подсчета универсален, поэтому и предлагается выбор. От этого зависит величина поправочного коэффициента.

— На величину коэффициента запаса влияет ещё и наличие каких-то сложных участков, например, крупных кранов или задвижек, металлических опор. Такое на домашнем водопроводе встречается нечасто, но все же. Если для обогрева этих элементов дополнительная длина кабеля просчитывался отдельно – это одно. А если нет – то придется сделать запас и на это обстоятельство.

Быстро провести расчет поможет наш онлайн-калькулятор:

Калькулятор расчета длины нагревательного кабеля для водопровода.

Перейти к расчётам

Кстати, при определённых обстоятельствах результат расчета может быть таким, что длина кабеля получается меньше длины участка. Естественно, такой результат говорит о достаточности в плане эксплуатационных возможностей. Но, понятно, на практике кабель короче быть попросту не может, так как должен проходить по всему намеченному участку хотя бы в одну линию.

Рассчитывать длину кабеля для внутреннего размещения, в трубе – нет никакого смысла, так как она априори равна длине участка от его дальнего конца до вводной муфты. Можно лишь добавить еще 0,5 м на коммутацию.

Как правило, внутренний обогрев практикуется с трубами диаметром не более 25 мм. и с использованием исключительно качественного саморегулирующегося кабеля мощностью порядка 10 Вт/м, в надежной и экологически чистой оболочке из пластика, допускающего контакт с пищевыми продуктами и питьевой водой.

Как подготовить греющий кабель в монтажу?

Когда рассматривались достоинства саморегулирующихся кабелей, отдельно отмечалось, что потребителю предоставляется возможность приобрести любой по длине отрезок (с учетом, конечно, допустимой кратности реза). Но в этом случае придется самостоятельно провести некоторые работы по подготовке кабеля к дальнейшей установке на или в трубу. В любом их случаев предстоит выполнить коммутацию токонесущих жил кабеля с «холодными проводами» питания, а также закрыть дальний конец надежной изолирующей муфтой.

Пугаться не стоит – сейчас мы пошагово разберем, как это делается.

Несколько основных правил укладки саморегулирующегося нагревательного кабеля на поверхности водопроводной трубы

Теперь разберемся в том, каких канонов следует придерживаться при монтаже греющего кабеля на трубе.

• Если это позволяют расчеты, то оптимальное размещение кабеля, самое простое в реализации – одна «нитка» параллельная оси в нижней трети окружности трубы (имеется в виду, конечно, ее горизонтальное расположение. Так обеспечивается прогрев и наиболее «проблемной» нижней области канала, и верхней.

• Для фиксации к металлической трубе бывает достаточно хомутов из водостойкого скотча, размещенных с шагом в 300 мм по длине трубы.

Иное дело, если подогревается труба полимерная, например, водопроводная ПНД. Расположение кабеля остается тем же, но система крепления несколько меняется. Помимо хомутов, он крепится к наружной стенке трубы широкой полосой фольгированного скотча.  Иначе качественного теплообмена не достичь.

• Что делать, если одной параллельной «нитки» по расчетам недостаточно? Есть несколько вариантов. Расчет, кстати должен дать понять, сколько метров обогревательного кабеля придется на погонный метр трубопровода.

1 — Если это превышение большое, то можно разместить на внешней поверхности трубы две или даже более «ниток» кабеля.

2 — Если требуется просто определенное удлинение на участке трубы, допустим, полтора метра кабеля на метре водопровода, то можно поступить двумя способами.

— Элементарно намотать кабель спирально на трубу. Просто , но не всегда удобно. Кроме того, сложно контролировать, сколько уже кабеля ушло на погонный метр водопровода.  Этот метод показан на картинке ниже под буквой «б».

— Второй способ (на рисунке он показан под буквой «а») кажется более удобным. Допустим, на участке трубы длиной Lт необходимо уложить обогревающий кабель длиной Lк. Перым делом на границах этого участка хомутами закрепляется требуемая длина кабеля. Он провиснет вниз углом. Ну а затем этот угол попросту оборачивается в обратном направлении вокруг трубы, и тоже закрепляется хомутами из водостойкого скотча.

• Особого отношения всегда требуют отводы (участки поворота трубы), фланцы, задвижки (краны), металлические опоры. Здесь всегда необходимо большее количество тепла, просто в силу массивности (а стало быть – и высокой теплоемкости) этих металлических деталей общей конструкции.

Уже не раз отмечалось, но повторимся – в любом случае после монтажа кабеля на поверхность трубы следует этап ее полноценной термоизоляции.

Вспененный полиэтилен – отличная термоизоляция для трубопроводов

На фоне других утеплительных материалов пенополиэтилен выделяется невысокой ценой, отменными термоизоляционными качествами и практически полной экологической безопасностью. Какие утеплители из вспененного полиэтилена для труб и как рекомендуется использовать — читайте в специальной публикации нашего портала.

Нагревательный кабель – в трубе

Если участок , требующий обогрева, не особо длинный, заканчивается непосредственно в помещении дома, если на его протяжении нет кранов, задвижек, он относительно прямой, то есть не изобилует поворотами, а внутренний диаметр трубы – в пределах 1 дюйма, то вполне можно разместить нагревательный саморегулирующийся кабель и внутри. Достоинства очевидны – прямой контакт, без «посредников», кабеля с водой дает наилучшие результаты.

Недостатки: определенные сложности в монтаже (спойлер – невеликие), лишнее уязвимое место водопровода в точке входа кабеля в трубу (при качественном монтаже – несущественно), некоторое заужение внутреннего канала кабелем (тоже не особо заметное и не «делающее погоды»).

В статье выше уже не раз акцентировалось внимание, что для такой прокладки требуется кабель в изоляции, сертифицированной в плане безопасности контакта с питьевой водой. На это обращается внимание сразу – при покупке кабеля.

В чем видится основная сложность монтажа (если полагать, что сам кабель уже качественно подготовлен, и за герметизацию концевой втулки нет никаких опасений). Естественно, это правильно организованный, с герметичным уплотнением, вход кабеля в трубу, исключающий протечку воды.

Общая схема этого входа может быть представлена так:

Ничего сложного, как видите, особо и нет.

1 – водопровод, требующий подогрева.

2 – обязательный тройник на месте ввода кабеля в трубу.

3 – нагревательный кабель (саморегулирующийся).

4 – концевая изолирующая муфта.

5 – соединительная муфта, коммутация нагревательного и электрического кабелей.

6 – электрический кабель питания с вилкой или с подключением в распределительную коробку с автоматикой.

«Медным» цветом на рисунке выделен комплект деталей, обеспечивающих герметизацию входа кабеля в трубу.

7 – уплотнительная втулка, прикручиваемая на тройник водопровода.

8 – эластичная резиновая муфта.

9 – две шайбы, по обе стороны эластичной муфты. Сжимая ее, они обеспечивают надежную герметизацию кабельной проходки.

10 – зажимная втулка, закручиванием которой как раз и достигается требуемая герметизация узла.

Что-то рассказывать про сборку этого узла – наверное, лишнее. Любой человек, хоть немного разбирающийся в сантехнике, без труда справится с такой задачей, если в его распоряжении будут все необходимые комплектующие. А они, как правило, продаются комплектом.

Единственное, что можно здесь добавить: направление ввода кабеля может быть и иным – оно выбирается и соображений удобства монтажа. Возможные варианты показаны на рисунке ниже:

Если разобраться, то такое размещение кабеля выглядит чуть ли не даже более простым, нежели наружное. Правда, расположение нагревательного элемента внутри ни в коей мере не снижает значимости качественной внешне термоизоляции.

Видео: Монтаж нагревательного саморегулирующегося кабеля внутрь водопроводной трубы.

*  *  *  *  *  *  *

Завершить статью хочется вот такой ремаркой, по моему мнению – очень важной.

Почитать обзоры в интернете – так очень немало говориться о том, что саморегулирующиеся кабели хороши тем, что вообще не требуют никакой системы терморегуляции. Мол, они реагируют на повышение температуры «запиранием» матрицы, и перестают потреблять электроэнергию. Включил вилку в розетку – и до весны забыл про это! И в этом, мол, заложено их огромное преимущество в плане экономии…

Так ли это? Увы, нет, не так…

Да, все говорится правильно, но давайте взглянем на характеристики пристальнее. Они, кстати, довольно наглядно представляются графиками.

Вот, скажем, графики, описывающие работу саморегулирующихся нагревательных кабелей SR-10, SR-17 и SR-23. Числовые значения, как вы, наверное, уже догадались, соответствуют удельной мощности кабеля (Вт/м) при температуре 10 ℃.

Взгляните – при температуре в 15 градусов – падение мощности совсем незначительное. То есть поступающая вода уже совершенно не требует нагрева, но кабель продолжает работать, потребляя немало энергии. Спад потребления постепенно идет, ног к нулевому приходит в районе 50-60 градусов!

А что требуется нам? Вода поступает из колодца (скважины) с температурой 4 ÷ 6 градусов. В задачи кабеля вовсе не входит ее нагрев – только предупреждение падения температуры. То есть даже +10 градусов – это не самоцель, а всего лишь удобная для расчетов величина. И по большому счету – вполне можно ограничиться верхним пределом нагрева в + 6÷8 ℃.

Вывод – без термостатических саморегулирующийся кабель будет так же впустую пожирать энергию, как обычный резистивный, может, в чуть меньшем количестве. Если создавать грамотную систему, с условиями эксплуатации «в ноябре включил – в апреле выключил», то без установки термодатчиков на трубу и термореле (термостата) на систему питания кабеля – все равно не обойтись. Причем, с очень близко расположенными границами включения и выключения, например, с диапазоном +4 ÷ + 8 ℃

 А все заверения, что экономия будет достигаться сама собой, за счет саморегулирующихся качеств полупроводниковой матрицы кабеля, если честно – «от лукавого».