Miten lämpöliikkeen hallinta huomioidaan putkiston suunnittelussa?

Mitä lämpöliikkeen hallinta putkistossa tarkoittaa?

Putkistoon kohdistuu lämpötilan muutoksia sen sisällä virtaavan aineen lämpötilan poiketessa ympäristön lämpötilasta. Lämpötilanvaihtelut aiheuttavat putkistossa pituuden muutoksia, eli lämpölaajenemista. Lämpölaajenemisen on oltava hallittua ja ennakoitavissa, jotta putkisto ja sen kannatukset kestävät kuormitukset. Jos lämpöliikettä ei huomioida suunnittelussa, seurauksena voi olla kannakkeiden rikkoutumisia tai jopa putkiston ja rakenteiden vaurioita. Suunnitteluvaiheessa tuleekin ottaa huomioon putkiston lämpötila-alueet, putken materiaali sekä kiintopisteiden sijainti.

Miten lämpölaajeneminen lasketaan?

Lämpölaajenemiseen vaikuttavat putken pituus, materiaali sekä lämpötilaero.

Pituuden lämpölaajeneminen voidaan laskea alla olevalla kaavalla:

∆l = l • α • ∆T

jossa:

∆l = pituuden muutos (mm)
l = putken pituus (m)
α = materiaalin lämpölaajenemiskerroin (mm/m°C)
∆T = lämpötilaero (°C)

Tämä kaava on keskeinen työkalu putkiston lämpöliikkeen mitoituksessa.

Esimerkki 1: teräsputken lämpölaajeneminen

Nimellishalkaisija: DN40
Nimellispaine: PN10
Materiaali: teräsputki P235GH
Lämpölaajenemiskerroin: α = 0,0125 mm/m°C
Kiintopistevälin putkipituus = 16,5 m
Lämpötilaero: 65 °C

∆l = 16,5m • 0,0125 mm/m°C • 65 °C = 13,4 mm

Putki pitenee noin 13,4 mm kahden kiintopisteen välillä.

Tämä osoittaa, että jo maltillinen lämpötilaero aiheuttaa merkittävän liikkeen, joka on huomioitava kiintopisteiden ja kannakkeiden suunnittelussa.

Esimerkki 2:

Kahden kiintopisteen välisen putken pituus on 20 metriä.
Lämpötilan nousu 0°C - 100°C
Lämpölaajenemiskerroin putken materiaalin mukaan

Lämpöliikkeen hallinta käytännössä

Lämpöliikkeen hallinnan tavoitteena on ohjata lämpöliike ennalta määriteltyihin paikkoihin.

Lämpöliikettä voidaan kompensoida

erilaisilla mutkilla
paisuntalenkeillä
paljetasaimilla

Kiinto- ja ohjauspisteiden merkitys ja sijoittelu

Lämpöliikettä hallitaan kiinto- ja ohjauspisteiden avulla, jotka määrittelevät liikkeen suunnan ja rajoittavat sen laajuutta. Kannakkeiden sijoittelu ja tyyppi vaikuttavat suoraan siihen, miten putki pääsee liikkumaan lämpötilavaihteluiden mukana.

Kiinto- ja ohjauspisteiden oikea mitoitus ja sijoittelu ovat kriittisiä putkiston pitkäaikaisen toiminnan kannalta.

Kiinto- ja ohjauspisteiden sijaintiin putkistossa vaikuttavat putkien reitit eli kuinka ne kulkevat suhteessa muihin putkiin. Sijaintiin vaikuttaa lisäksi kompensaatiotapa, eli hallitaanko lämpöliikettä luonnollisen taipuman, paisuntalenkkien vai paljetasaimien avulla. Kiinto- ja ohjauspisteiden sijaintiin vaikuttavat myös rakenteet: mikä on kiinnitysalusta tai onko palo-osastoja, joita tulee huomioida.

Huolellinen suunnittelu varmistaa, että lämpöliike ohjautuu hallitusti eikä aiheuta ylikuormituksia.

Miksi lämpöliikkeen hallinta on niin tärkeää?

Putkiston lämpölaajeneminen on väistämätön fysikaalinen ilmiö. Ilman asianmukaista lämpöliikkeen hallintaa seurauksena voi olla merkittäviä rakenteellisia ja taloudellisia vahinkoja.

Oikein suunniteltu