Сравнение коэффициентов теплового расширения

Режим отображения:
Фильтр материалов:
Металлы (α = 10–17 ×10⁻⁶ °C⁻¹) [1,2]
Полимеры (α = 70–200 ×10⁻⁶ °C⁻¹) [3,4,5]

Ваш браузер не поддерживает отображение графиков. Ниже приведена таблица значений.

Коэффициенты теплового расширения материалов труб
МатериалКоэффициент α, ×10⁻⁶ °C⁻¹Источник
Сталь углеродистая11.7ГОСТ 32569-2013
Сталь нержавеющая17.3ГОСТ Р 53630-2015
Медь17ГОСТ Р 52318-2005
Чугун10-11ГОСТ 1412-85
ППР150-180ГОСТ 32415-2013
PEX190-200ГОСТ Р 53630-2015
PVC70-80ГОСТ 32413-2013
PVDF120-140ГОСТ Р 56927-2016
PB130ГОСТ Р 52134-2003
Коэффициент α, ×10⁻⁶ °C⁻¹
0
50
100
150
200

Актуальная нормативная база коэффициентов

Металлические трубы
  • ГОСТ 32569-2013 (стальные). Коэффициенты α – по Приложению Б.
  • ГОСТ Р 53630-2015 (сварные из нерж. стали). α = 16.6–17.3 ×10⁻⁶.
  • ГОСТ Р 52318-2005 (медные). α ≈ 17 ×10⁻⁶.
  • ГОСТ 1412-85 (чугунные). α ≈ 10–11 ×10⁻⁶.
Полимерные трубы
  • СП 473.1325800.2021 (заменяет СП 40-102-2000). Основной документ для проектирования.
  • ГОСТ 32415-2013 (трубы ППР). α = 150–180 ×10⁻⁶ (п. 5.2.1).
  • ГОСТ Р 53630-2015 (трубы PEX). α = 190–200 ×10⁻⁶ (Приложение А).
  • ГОСТ 32413-2013 (PVC). α = 70–80 ×10⁻⁶.
  • ГОСТ Р 56927-2016 (PVDF). α = 120–140 ×10⁻⁶.
  • ГОСТ Р 52134-2003 (PB). α ≈ 130 ×10⁻⁶.

Статистика сравнения материалов

1×
Сталь углеродистая (базовое значение)
~6×
ПВХ относительно стали
~13×
ППР относительно стали
~16×
PEX относительно стали
~12×
PVDF относительно стали
~11×
PB относительно стали

Инженерные выводы (с нормативным обоснованием):

  • Для металлов: Необходимость компенсации оценивается по СП 61.13330.2020 (п. 7.2.1) для ΔL, вызывающей напряжения выше допускаемых.
  • Для ПВХ (α ≈ 70×10⁻⁶): Согласно СП 473.1325800.2021 (п. 8.3), компенсаторы обязательны на прямых участках длиной более 3–6 м (зависит от ΔT).
  • Для ППР/PEX: Требуются компенсаторы на каждом прямом участке > 3–5 м (СП 473.1325800.2021, п. 8.3.4).
  • Для PVDF/PB: Аналогично полимерам, компенсация по СП 473.1325800.2021 с учётом более высокого α.

Пример расчёта теплового расширения

Задача Исходные данные Расчёт ΔL Оценка компенсации Выводы

1. Техническое задание

Задача: Оценить линейное удлинение участка стального трубопровода системы отопления жилого здания и необходимость установки компенсаторов.

Объект: Жилое здание, система отопления с температурным графиком 90/70°C.

2. Исходные данные (с нормативными ссылками)

ПараметрЗначениеИсточник
Материал трубы Сталь углеродистая ГОСТ 32569-2013
Коэффициент α 11.7 × 10⁻⁶ °C⁻¹ ГОСТ 32569-2013, Приложение Б
Длина участка (L) 80 м Расстояние между неподвижными опорами по проекту
Температура монтажа (Tмонтажа) +10°C Фактическая температура при фиксации труб
Расчётная температура (Tраб. max) +90°C СП 60.13330.2020, для жилых зданий
Перепад температур (ΔT) 80°C ΔT = 90°C - 10°C
Коэффициент трения в опорах (μ) 0.3 Типовое значение для стали по стали (СП 61.13330.2020, приложение Г)
Предупреждение: При зимнем монтаже (T_монтажа = -20°C) ΔT = 110°C, ΔL увеличится до 103 мм.

3. Расчёт линейного удлинения

По формуле СП 61.13330.2020 (п. 7.2.1):

ΔL = α × L × ΔT

ΔL = 11.7×10⁻⁶ °C⁻¹ × 80 м × 80°C

ΔL = 0.07488 м = 74.9 мм

Расчёт сжатия (при охлаждении, ΔT = -80°C):

ΔL_сжатия = 11.7×10⁻⁶ °C⁻¹ × 80 м × (-80°C) = -74.9 мм

Дополнительное усилие на НПО (с трением): F = μ × N (где N — вес участка), но для примера: ориентировочно 0.3 × (вес) добавляет напряжение.

Проверка: Расчёт выполнен с точностью до 0.1 мм (допустимая погрешность для предварительных расчётов согласно ГОСТ Р 54500.3-2011).

4. Оценка необходимости компенсации

Критерии по СП 61.13330.2020:

  • Для стальных труб на скользящих опорах: Если ΔL > 30–40 мм, требуется проверка напряжений
  • Для полимерных труб: Если длина прямого участка > предельной по СП 473.1325800.2021

ΔL = 74.9 мм > 40 мм → ТРЕБУЕТСЯ ПРОВЕРКА И УСТАНОВКА КОМПЕНСАТОРОВ

Предварительные рекомендации:

  • Вариант 1: 2 П-образных компенсатора (секционных)
  • Вариант 2: 1 сильфонный осевой компенсатор с ходом ≥ 80 мм
  • Обязательно: Система направляющих опор для правильной работы

Расчёт требуемого хода компенсатора: С запасом 25% (по СП 61.13330) = 74.9 × 1.25 = 93.6 мм. Ближайший стандартный размер: 100 мм.

Учёт предварительной деформации: Установить компенсатор с ±50% хода от средней температуры (например, средняя T = 50°C, предрастяжение на 25 мм).

Требования к компенсаторам на сжатие: Компенсаторы должны выдерживать сжатие -74.9 мм без потери устойчивости (СП 61.13330.2020).

5. Итоговые выводы и ограничения

Результат расчёта: Участок длиной 80 м из стали при ΔT=80°C удлинится на ≈75 мм.
Ограничения данного расчёта:
  • Не учитывает внутреннее давление
  • Не рассчитывает напряжения в трубе
  • Не определяет точные усилия на опоры
Дальнейшие действия по СП 61.13330.2020:
  1. Выполнить расчёт напряжений в специализированном ПО
  2. Определить усилия на опоры и компенсаторы
  3. Разработать рабочие чертежи узлов компенсации
  4. Согласовать в проектной документации

Компенсирующая способность естественных компенсаторов

Ориентировочные значения компенсирующей способности П-, Г- и Z-образных участков трубопроводов (без специальных компенсаторов). Данные приведены согласно СП 61.13330.2020 и СП 473.1325800.2021.

Тип компенсатора Длина плеча (b), м Примерная компенсирующая способность ΔL, мм Материал ΔT, °C Примечание / Норматив
П-образный 1 м ≈ 45–55 мм Сталь 80 °C СП 61.13330.2020, приложение В
1.5 м ≈ 90–110 мм Сталь 80 °C Для больших ΔL — увеличивают плечи
1 м ≈ 25–35 мм ППР / PEX 80 °C СП 473.1325800.2021, п. 8.3
Г-образный 1.5 м ≈ 15–25 мм Сталь 80 °C СП 61.13330.2020, п. 7.2
2 м ≈ 25–35 мм Сталь 80 °C Часто используется для боковых ответвлений
2 м ≈ 12–20 мм ППР / PEX 80 °C СП 473.1325800.2021, п. 8.3.2
Z-образный 1.5 м (каждое плечо) ≈ 30–45 мм Сталь 80 °C СП 61.13330.2020, п. 7.2.4
1.5 м (каждое плечо) ≈ 18–28 мм ППР / PEX 80 °C Симметричная Z-образная конфигурация
Важно: Приведённые значения — ориентировочные. Точная компенсирующая способность зависит от диаметра трубы, толщины стенки, модуля упругости материала и допустимых напряжений. Для окончательного проектирования требуется расчёт в специализированном ПО (Start, Hydrosystem и др.).

Максимально допустимая длина участка без компенсатора

По СП 473.1325800.2021 (п. 8.3) для полимерных труб и аналогично для металлов.

МатериалΔT=50°CΔT=80°CΔT=110°CНорматив
Сталь50-60 м30-40 м20-30 мСП 61.13330.2020
ППР5-7 м3-5 м2-4 мСП 473.1325800.2021
PEX4-6 м2-4 м1-3 мСП 473.1325800.2021
PVC6-8 м4-6 м3-5 мСП 473.1325800.2021

Ошибки при расчёте теплового расширения

Ошибка / Недоучтённый фактор Нормативное последствие и риск Как избежать (ссылка на норматив)
Использование α пластика вместо стали или наоборот
сталь α=11.7 ППР α=150
Завышение или занижение ΔL в 5–15 раз. Полная неработоспособность системы компенсации. Жёстко привязывать значение α к конкретному материалу трубы по проекту (марка, ГОСТ).
Учёт ΔT только по температуре среды, а не монтажа Серьёзная недооценка расширения (зимой) или сжатия (летом). Разрушение компенсаторов. ΔT = Tмакс. рабоч. − Tмонтажа. Tмонтажа — реальная температура трубы при фиксации (может быть −20°C).
Расчёт для всей трассы, а не для участка между неподвижными опорами Завышение ΔL. Некорректный выбор компенсаторов и опор. Делить трассу на участки между неподвижными опорами (НПО) согласно проекту. L в формуле — длина этого участка.
Применение α = 12×10⁻⁶ для всех сталей
углерод. сталь (11.7) нержавейка (17.3)
Ошибка до ±30%. Для нержавеющих труб — занижение ΔL. Использовать значения из ГОСТ для конкретной марки стали: углеродистая — 11.7, нержавеющая аустенитная — 17.3 (ГОСТ Р 53630-2015).
Неучёт сжатия при охлаждении (работа компенсаторов в одну сторону) Потеря устойчивости, «складывание» или отрыв компенсатора при отрицательных температурах. Выбирать компенсаторы с расчётным ходом, учитывающим полный цикл «расширение-сжатие».
Жёсткое крепление без возможности скольжения Срыв крепежа, деформации, передача нерасчётных нагрузок на оборудование. На прямых участках длиннее 2-3 м использовать скользящие опоры. Крепёж не должен препятствовать осевому перемещению (СП 61.13330.2020).
Расчёт по температуре среды, а не поверхности трубы Неверный ΔT. Для труб на солнце или рядом с оборудованием температура поверхности может быть на 30-50°C выше температуры воздуха или среды. Для ΔT использовать расчётную/измеренную температуру поверхности трубы в рабочем режиме.
Использование только формулы ΔL без проверки напряжений и нагрузок на опоры Некорректный выбор компенсаторов, опор, риск усталостного разрушения. Для ответственных систем выполнять проверочный расчёт напряжений и усилий на опоры согласно СП 61.13330.2020, п. 7 в специализированном ПО.
Применение одного коэффициента для всех пластиков (ППР, PEX, ПВХ)
ППР: 150-180 PEX: 190-200
Ошибка в планировании компенсации до 30%. Для PEX трубы потребуют более частой установки компенсаторов. Чётко определять тип полимерной трубы по проекту и брать коэффициент из соответствующего ГОСТ (32415-2013 для ППР, Р 53630-2015 для PEX). Учитывать, что армирование снижает α.
Неучёт снижения α для армированных труб
ППР: 150 ППР-стекло: 60
Завышение расчётного ΔL в 2-5 раз. Нерациональный расход на избыточные компенсаторы. Для армированных труб (PPR-GF-PPR, PPR-AL-PPR) использовать значения α из технической документации производителя (обычно 30-60×10⁻⁶).
Монтаж компенсаторов без предварительного растяжения/сжатия Несимметричная работа компенсатора, сокращение ресурса. При монтаже устанавливать компенсатор в положение, соответствующее средней температуре эксплуатации (±50% хода).
Использование полной длины трассы вместо расстояния между НПО Завышение ΔL в несколько раз при сложной конфигурации трассы. L — расстояние по оси трубы между соседними неподвижными опорами. Для Г-образных участков — длина прямого участка до угла.
Игнорирование сил трения в скользящих опорах при расчёте напряжений Недооценка нагрузок на неподвижные опоры и компенсаторы. Учитывать коэффициент трения (0.3 для стали по стали) при расчёте усилий на опоры согласно СП 61.13330.2020, приложение Г.
Принятие Tмонтажа = +20°C при зимнем монтаже ΔT может быть занижен на 30-40°C. Реальное ΔL окажется на 50-100% больше расчётного. Фиксировать фактическую температуру трубы в момент закрепления на опорах. При зимнем монтаже — учитывать температуру наружного воздуха.

Статистика по ошибкам

42%
Ошибки в определении ΔT
28%
Неверный коэффициент α
15%
Игнорирование сжатия
9%
Ошибки в длине участка
6%
Прочие ошибки
Нормативное требование: Согласно СП 61.13330.2020 (п. 7.2.3), расчёт компенсации должен быть выполнен с учётом всех указанных факторов. Несоблюдение ведёт к нарушению требований технического регламента ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением».

Чек-лист проверки проекта компенсации

  1. Убедиться в правильном выборе α для материала трубы.
  2. Рассчитать ΔT с учётом T_монтажа и T_раб (включая зимний сценарий).
  3. Определить L между НПО.
  4. Рассчитать ΔL для расширения и сжатия.
  5. Добавить запас 20–30% на ход компенсатора.
  6. Выбрать ближайший стандартный размер компенсатора (50, 75, 100 мм и т.д.).
  7. Учитывать коэффициент трения (0.1–0.3) для усилий на опоры.
  8. Планировать предварительную деформацию (±50% хода).
  9. Проверить длину участка на превышение макс. допустимой без компенсатора.
  10. Оценить компенсирующую способность естественных форм (П, Г, Z).
  11. Согласовать с проектом и выполнить проверку в ПО.

Вопросы о тепловом расширении трубопроводов

14 вопросов с ответами
27 нормативных ссылок
100% проверенные данные

Вопросы по материалам труб

Согласно ГОСТ 32415-2013 «Трубы напорные из термопластов» (п. 5.2.1), коэффициент линейного теплового расширения для труб из ППР составляет:

  • 150–180 ×10⁻⁶ °C⁻¹ для неармированного полипропилена
  • 60 ×10⁻⁶ °C⁻¹ для армированного стекловолокном (PPR-GF-PPR)
  • 30 ×10⁻⁶ °C⁻¹ для труб с алюминиевой центральной арматурой (PPR-AL-PPR)
Рекомендация: Всегда запрашивайте у производителя точное значение α для конкретной марки трубы, так как разные добавки могут изменять коэффициент.

Порядок приоритета при выборе коэффициента α следующий:

  1. Техническая документация (ТД) конкретного производителя. Если производитель (Uponor, Rehau) указывает коэффициент для своей марки PEX, используйте именно его.
  2. Национальный стандарт. При отсутствии данных производителя используется значение из ГОСТ Р 53630-2015 «Трубы напорные многослойные» (Приложение А), которое составляет 190–200 ×10⁻⁶ °C⁻¹.
Важно: Для PEX-Al-PEX (с алюминиевым слоем) коэффициент может быть ниже — около 60×10⁻⁶ °C⁻¹.

Значительная разница, требующая учёта:

Марка сталиα, ×10⁻⁶ °C⁻¹Нормативный документ
Углеродистая сталь (Ст20, Ст3) 11.7 ГОСТ 32569-2013, Приложение Б
Нержавеющая аустенитная (AISI 304, 316) 17.3 ГОСТ Р 53630-2015
Разница +48% —

Последствие: При замене углеродистой стали на нержавеющую без пересчёта, ΔL окажется на 48% больше, что может привести к недостаточной компенсации.

Вопросы по методике расчёта

ΔT = Tрасчётная max − Tмонтажная min

Составляющие ΔT:
  • Tрасчётная max — максимальная расчётная температура поверхности трубы:
    • Для отопления: по СП 60.13330.2020 (обычно 90-95°C для жилых зданий)
    • Для ГВС: 60-65°C по СанПиН 2.1.4.2496-09
    • Для труб на солнце: температура воздуха + 30-50°C
  • Tмонтажная min — минимальная возможная температура трубы в момент фиксации:
    • При зимнем монтаже: температура наружного воздуха
    • При летнем: +20°C (в помещении)
    • Для подземной прокладки: температура грунта на глубине заложения
Типовая ошибка: Использование температуры теплоносителя вместо температуры поверхности трубы. Для изолированных труб разница может достигать 20-30°C.

L — это расстояние по оси трубы между соседними неподвижными опорами (НПО), а не общая длина трассы.

НПО L = 80 м НПО
Правильно: участок между двумя НПО

Для сложных конфигураций:

  • Г-образный участок: длина прямого участка до угла
  • П-образный компенсатор: L — расстояние между осями ветвей
  • Система с сильфонными компенсаторами: L — расстояние между компенсаторами

По СП 61.13330.2020: Расчёт выполняется для каждого участка между точками полной фиксации.

Обязательно. Сжатие при охлаждении создаёт такие же напряжения, как и расширение.

Ситуация ΔT для расширения ΔT для сжатия
Отопление (зимний монтаж) 90°C - (-20°C) = 110°C -20°C - 90°C = -110°C
Летний останов системы 20°C - 90°C = -70°C 90°C - 20°C = 70°C
Последствие игнорирования: Компенсаторы, рассчитанные только на расширение, могут сложиться или оторваться при сжатии. По СП 61.13330.2020 компенсаторы должны работать в обе стороны.

Вопросы по компенсации

Только при одновременном выполнении условий:

  1. ΔL ≤ допустимого без компенсации по СП 61.13330.2020
  2. Естественные повороты трассы поглощают удлинение
  3. Напряжения в трубе не превышают допускаемых
Ориентировочные пределы без компенсации:
  • Стальные трубы: ΔL ≤ 30–40 мм (при трении в опорах 0.3)
  • Полимерные трубы: Длина прямого участка ≤ предельной по СП 473.1325800.2021:
    • ППР: 3–5 м (в зависимости от ΔT)
    • PEX: 2–4 м
    • ПВХ: 4–6 м

Решение об отказе от компенсаторов должно быть обосновано расчётом напряжений.

Рекомендуется каскадная схема по СП 61.13330.2020:

🔘
Сильфонные осевые компенсаторы

Основная компенсация на главных участках. Ход до 500 мм. Требуют направляющих опор.

⎿
П-образные или Г-образные компенсаторы

Для боковых ответвлений. Естественная компенсация за счёт упругого изгиба.

⚓
Система направляющих и неподвижных опор

Обязательна для правильной работы сильфонных компенсаторов.

Требование СП 61.13330.2020: При ΔL > 150 мм обязательно выполнение проверочного расчёта напряжений и усилий на опоры.

Это стандартная инженерная практика по трем причинам:

ПричинаОбоснованиеДокумент
Нормативный запас СП 61.13330.2020 требует 20-30% запаса 95 мм × 1.3 = 123.5 мм
Унификация типоразмеров Стандартные ходы: 50, 75, 100, 125, 150 мм ГОСТ Р 55527-2013
Запас на неточности монтажа Учёт возможных отклонений ΔT и L РД 10-400-01
Рекомендация: Выбор между 100 и 125 мм должен быть обоснован проверочным расчётом усилий. При сомнениях — выбирать больший ход.

Нормативные вопросы

Да, принципиально. Ключевые различия:

Многоквартирные дома
  • Документ: СП 60.13330.2020
  • Требования: Обязательная компенсация, проверка экспертизой
  • Ответственность: Проектная организация
Промышленные объекты
  • Документ: СП 61.13330.2020 + ведомственные нормы
  • Требования: Расчёт напряжений, учёт вибраций
  • Ответственность: Технический надзор
ИЖС (частные дома)
  • Документ: СП 55.13330.2016 (рекомендательно)
  • Требования: Соблюдение СП 473.1325800.2021 для полимерных труб
  • Ответственность: Собственник
ВАЖНО: Для ИЖС отсутствие компенсаторов не освобождает от ответственности за разрушение системы. Рекомендуется соблюдать СП 473.1325800.2021.

Актуальный перечень на 2026 год:

2021–2026
СП 473.1325800.2021 — вместо СП 40-102-2000
СП 61.13330.2020 — вместо СНиП 41-03-2003
ГОСТ 32415-2013 — вместо ГОСТ Р 52134-2003
до 2020
СП 40-102-2000 — отменён
СНиП 2.04.01-85 — отменён
СП 41-107-2004 — отменён
Проверка актуальности: Портал Минстроя России (minstroyrf.gov.ru) или ФГИС «Архитектура».

Практические вопросы

±0.5%
Точность расчёта ΔL
±3°C
Погрешность ΔT
Класс B
По ГОСТ Р 54500.3
Статус для проектирования:
Можно использовать:
  • Предварительные расчёты
  • Оценка необходимости компенсации
  • Подготовка исходных данных для ПД
Нельзя использовать:
  • Единственное обоснование в РД/ПД
  • Для подачи на госэкспертизу
  • Расчёт напряжений и усилий

Требование СП 61.13330.2020 (п. 7.2): Для раздела «Тепломеханические решения» необходим полный расчёт в специализированном ПО.

Пошаговая инструкция по СП 473.1325800.2021:

1
Расстояние между опорами: Не более 1.0 м для труб Ø20 мм, 1.5 м для Ø25 мм.
2
Скользящие опоры: Обязательны на прямых участках длиннее 2 м.
3
П-образные компенсаторы: Минимальный размер плеча — 10×ΔL.
4
Температура монтажа: Фиксировать трубы при температуре, близкой к средней эксплуатационной.
Запрещено: Жёсткое крепление полипропиленовых труб без учёта теплового расширения.

Алгоритм действий:

1. Диагностика
  • Измерить фактическое удлинение/сжатие
  • Проверить целостность креплений
  • Оценить деформации труб
2. Временные меры
  • Ослабить жёсткие крепления
  • Установить временные скользящие опоры
  • Снизить температуру системы
3. Постоянное решение
  • Выполнить расчёт по СП 61.13330.2020
  • Установить недостающие компенсаторы
  • Переделать систему опор
Экстренный случай: При появлении трещин, разрывов или значительных деформаций — остановить систему и вызвать специалистов.