Huolellisella kiintopistesuunnittelulla taklataan lämpölaajenemisen haasteet

Kannatuksen ja putkiston reitityksen suunnittelun lisäksi suunnittelussa tulee ottaa huomioon lämpölaajenemisen vaikutukset. Lämpölaajenemiseen vaikuttaa putken ympäristön ja putkessa kulkevien nesteiden tai höyryn väliset lämpötilaerot. Lämpötilan muuttuessa putket laajenevat tai supistuvat, jolloin niissä tapahtuu pitkittäissuunnassa muutoksia eli ne ”liikkuvat”. Tyypillisesti lämpölaajeneminen nousee esille lämmitys- ja jäähdytysputkien kanssa, mutta myös erilaisissa nousukuilu-, konehuone- ja teollisuussovelluksissa.

Lämpölaajeneminen tulee olla kontrolloitua ja ennustettavissa, jotta rakennuksen käytön aikaisilta ongelmilta vältytään. Mikäli lämpölaajenemista ei oteta suunnittelussa huomioon saattaa kannake pettää, rakenne vahingoittua laajenemisen seurauksena tai putki taipua. Lämpölaajenemista hallitaan erilaisilla kiinto- ja ohjauspisteillä.    

Lämpölaajeneminen

Lämpölaajenemiseen vaikuttaa:

• putken pituus
• putken materiaali
• lämpötilaero (ympäristö vs. neste/höyry)

Mitä pidemmästä putkesta on kyse, sitä suurempi vaikutus lämpötilavaihtelulla on. Nyrkkisääntönä voidaankin pitää, että yli 10 metriä pitkissä linjastoissa lämpölaajenemisen vaikutukset on aina syytä tarkastella. Toki myös putkien materiaali ja lämpötilaero vaikuttavat siihen miten voimakasta lämpölaajeneminen on ja missä vaiheessa tarvitaan keinoja sen hallintaan. Esimerkiksi muoviputkilla lämpölaajenemiskertoimet voivat olla hyvinkin suuria, mutta tämä otetaan huomioon jo putkien keskinäisissä liitoksissa. Toisaalta hitsatuissa muoviputkissa lämpölaajenemisesta johtuvat siirtymät voivat olla merkittäviä, vaikka kiintopistekuormat olisivat maltilliset.

Jos lämpölaajenemista ei oteta huomioon, saattaa putken laajeneminen vaikuttaa dominoefektin lailla. Pahimmassa tapauksessa kuorma voi siirtyä kannakkeille, joita ei ole suunniteltu kestämään kyseisiä kuormia, tämä voi johtaa kiinnikkeen pettämiseen ja koko järjestelmän romahtamiseen. 

Kiintopistesuunnittelun perusteet

Lämpölaajeneminen tulee olla kontrolloitua ja ennustettavissa.

Lämpölaajenemisesta syntyvä liike halutaan sallia tietyssä kohdin putkea tai ohjata suunnitellusti ennalta määritettyihin paikkoihin eli tarvitaan jonkinlainen kompensaatio. Luonnollisella kompensaatiolla viitataan esimerkiksi u:n malliseen paisuntalenkkiin tai 90 asteen käännökseen, johon liike ohjataan. Luonnollinen kompensaatio on helposti toteutettavissa ja edullinen ratkaisu, mutta ei aina mahdollinen esimerkiksi ahtaissa tiloissa tai nousukuiluissa. Tällöin tarvitaan tekninen kompensaatio eli paljetasain, joka ottaa liikkeen vastaan. Kiintopisteiden lisäksi tarvitaan erilaisia ohjaus- eli liukupisteitä, joilla liike ohjataan sallittuihin paikkoihin.

Yleisesti ottaen lämpölaajenemisen vaikutuksia tulisi tarkastella pitkissä putkilinjoissa (>10 m) ja silloin kun putken halkaisija on suurempi kuin DN 65. Perussääntönä on yksi kiintopiste yhtä putken suoraa osaa kohti. Sovelluksesta riippuen kiintopiste saatetaan tarvita myös putken alkupäähän tukemaan ja ehkäisemään esimerkiksi konehuonelaitteiston rikkoontumista.

RT-kortissa 103447 Putkistojen ja kanavien kannatus asetetaan vaatimuksia kannatuksille. Kiintopisteiden näkökulmasta kortin ohjeistukset kuormituksen kestosta, lämpölaajenemisen rasituksista, putkien sivuttaisliikkeen estätämisestä ja putkien etäisyyden säilyttämisestä tulisi ottaa huomioon kiintopistesuunnittelussa. Tarkempia vaatimuksia kiintopisteille ja lämpöliikkeelle esitetään Rakennustiedon julkaisemassa ohjekortissa LVI 12-10330 Putkistojen lämpölaajeneminen. RT-kortin mukaan kiintopisteinä käytettyjen kannakkeiden tulee olla sellaisia materiaaliltaan ja malliltaan, että ne kestävät niihin kohdistuvat rasitukset. Kiintopisteet tulee kiinnittää tukevaan rakenteeseen, joka kestää kiintopisteelle aiheutuvat kuormitukset. RT-kortissa 103447 ohjeistetaan kiintopisteitä suunnitellessa konsultoimaan kiintopisteitä perehtynyttä tahoa

Kiintopistesuunnittelussa on muutamia perussääntöjä, jotka tulee ottaa huomioon:

Uudet PSK:n mukaiset MP-PS putkenpitimet teollisuuden raskaisiin sovelluksiin

Hilti on lanseerannut uuden putkenpidin portfolion, joka on suunniteltu erityisesti teollisuuden raskaisiin sovelluksiin. Uudet MP-PS portfolion putkenpitimet ovat EN1090 mukaiset ja täyttävät PSK standardin vaatimukset. Putkenpitimien arvot perustuvat standardiin 13480-3 ja suunnittelu voidaan tehdä eurokoodipohjaisesti (EC3). Sama tuote toimii sekä liukukannakkeena, että kiintopisteenä, jolloin lämpölaajenemisen hallinta entistä yksinkertaisempaa ja tehokkaampaa.

Tuotteet sopivat yhteen modulaarisen MT kannatusjärjestelmän tuotteiden kanssa, mutta MP-PS putkenpitimet voidaan kiinnittää myös suoraan betoniin M12 kierteisellä ankkurilla tai teräspalkkiin. MP-PS tuotteiden korkeus ja kulma (12°) ovat säädettävissä, mikä helpottaa ja nopeuttaa asennusta, kun säätövaraa löytyy. Maksimi kuorman kesto jopa 45kN luokkaan per kiintopiste. Käyttölämpötila on -20-300 astetta EN 13480-3 standardin mukaan ja suositeltu käyttö C3 rasitusluokassa. Tuotteiden 2D/3D komponentit ovat voidaan ladata eri tiedostomuodoissa myös Hiltin BIM/CAD-kirjastosta.  

Kiintopisteiden mitoitus FixPoint-laskimella

MP-PS tuotteet löytyvät myös Hiltin FixPoint -laskimesta, joka on maksuton selainpohjainen mitoitusohjelma kiintopisteiden suunnitteluun. Kompensaatiosta riippuen käyttäjä voi mitoittaa erilaisia sovellustyyppejä syöttämällä tietoa putkityyppistä ja -linjasta ohjelmaan. Kitkasta kiintopisteille kohdistuvat voimat käyttäjä voi itse määritellä tai valita sopivan liukukannakkeen tuoteportfoliosta. Visuaalinen ilme selkeyttää ohjelman käyttöä ja tekee mitoittamisesta helppoa. Ohjelma tarjoaa käyttäjän määrittämien tietojen perusteella sopivia tuotevaihtoehtoja käyttöasteineen. Valitun ratkaisun perusteella käyttäjä saa automattisesti osalistan ratkaisusta ja voi halutessaan ladata mitoitusraportin, josta käy yksityiskohtaisesti ilmi kiintopisteen mitoituslaskenta.

Ohjelmistoon pääset osoitteesta: https://fixpointcalculator.hilti.com/