Vorteile von PB-1 für Druckleitungssysteme
Was bedeutet eine höhere SDR-Klasse in der Praxis?
- Lernen Sie Polybuten-1 für den Einsatz in druckbeaufschlagten Warm- und Kaltwasserleitungssystemen kennen
- Erfahren Sie mehr über die außergewöhnlichen Eigenschaften dieses technisch fortschrittlichsten thermoplastischen Materials
- Was sind die Vorteile der Verwendung von PB-1 in Rohrleitungssystemen gegenüber alternativen thermoplastischen Materialien?
- Opportunities to reduce the operational costs over the lifetime of a piping system
Flexibilität ist ein Vorteil, den eine Reihe von Kunststoffen im Vergleich zu Metallen bieten. Polybuten-1 ist jedoch eindeutig das Kunststoffmaterial der Wahl, wie in der folgenden Tabelle dargestellt, in der die typischen Biegeelastizitätswerte verschiedener Polyolefin-Rohrmaterialien verglichen werden.
Die Vorteile der Flexibilität bei der Installation und Wartung von Polybuten-1-Rohrleitungssystemen werden auf dieser Website ausführlich beschrieben. Es liegt auf der Hand, dass die Installationszeit umso kürzer sein sollte, je einfacher ein Rohr vor Ort und in engen Situationen zu manipulieren ist.
In dieser Hinsicht tragen die einfache Verkabelung durch Bohrlöcher und das Einfädeln durch enge Räume in Kombination mit langen Rohrleitungen und der damit verbundenen Verringerung der Anzahl der erforderlichen Armaturen zur Geschwindigkeit der Installation und der damit verbundenen Senkung der Arbeitskosten bei.
Obwohl sich das Polybuten-1-Rohr leicht verbiegen lässt, sollte darauf geachtet werden, dass das Rohr nicht bis zum Knicken verbiegt wird. In diesem Zusammenhang wird ein Mindestbiegeradius empfohlen, der dem 8-fachen des Rohrdurchmessers entspricht.
Die Abbildung (oben rechts) zeigt die empfohlenen Mindestbiegeradien für verschiedene Polybuten-1-Rohrdurchmesser.
Die Beständigkeit von Rohren gegen Verformung und Bersten wird durch Prüfungen nach internationalen und nationalen Normen bestimmt. Die Testergebnisse werden dann verwendet, um die maximal zulässige Ringspannung für den Transport von heißem Wasser unter bestimmten Bedingungen, den so genannten Temperaturklassen, zu berechnen.
Diese Temperaturklassen wurden so zusammengestellt, dass sie den wahrscheinlichen Querschnitt der Betriebsbedingungen für einen Zeitraum von 50 Stunden für eine Reihe verschiedener Heizungs- und Wasserversorgungsanwendungen widerspiegeln. Die international anerkannten Temperaturklassen sind in der ISO-Norm 10508 festgelegt und in anderen Systemnormen für Kunststoffrohrsysteme wird auf sie Bezug genommen.
Unter Verwendung standardisierter Maßkriterien ist es möglich, die maximal zulässige Ringspannung wettbewerbsfähiger Polyolefinrohre für jede dieser Temperaturklassen wie folgt zu berechnen:
Diese Berechnungen deuten darauf hin, dass die erforderliche Wandstärke von Polybuten-1-Rohren geringer sein könnte als bei den anderen Materialien, die für eine gleichwertige Belastbarkeit in Frage kommen. Die Berechnung der Wandstärke hängt jedoch von weiteren standardisierten Anforderungen ab, sodass bei Rohrdurchmessern von weniger als 16 mm alle Polyolefinrohre einer festen Mindestdickennorm entsprechen müssen, die für ein bestimmtes Material festgelegt wurde. Folglich führt der Leistungsvorteil von Polybuten-1-Rohren zu einer Erhöhung des Konstruktionsfaktors um +35% im Vergleich zu vernetztem Polyethylen und um +50% im Vergleich zu PE-RT, anstatt zu entsprechenden Materialeinsparungen.
Der Leistungsvorteil von Polybuten-1 bietet einen Konstruktionsfaktor von +35% gegenüber vernetztem Polyethylen und +50% gegenüber Polyethylen-RT.
Bei Rohrdurchmessern über 16 mm ist es jedoch zulässig, die Rohrdicken nach standardisierten Leistungskriterien zu berechnen, wobei die Vorteile der Verwendung von Polybuten-1 in Form eines geringeren Rohrgewichts und damit eines geringeren Rohstoffverbrauchs und geringerer Kosten realisiert werden können.
Die folgende Tabelle veranschaulicht die Vorteile der Verwendung von Polybuten-1 im Vergleich zu Konkurrenzmaterialien in einem Rohr mit 40 mm Durchmesser für eine Lebensdauer von 50 Jahren bei einer Dauerbetriebstemperatur von 70 °C, einschließlich Konstruktionsfaktoren.
Leistung für heiße und kalte Druckleitungen
Mit seiner hohen Kriechbeständigkeit über einen weiten Temperaturbereich in Verbindung mit einer geringen Wärmeausdehnung eignet sich Polybuten-1 besonders gut für die industriellen Anforderungen an Druckleitungen für den Einsatz in Haushalts-, Gewerbe- und Industriesystemen mit heißem und kaltem Wasser.
Die Innendruckbeständigkeit von Polybuten-1-Rohren ist in ISO 12230 — Polybuten-Rohre (PB): Einfluss von Zeit und Temperatur auf die erwartete Festigkeit dargestellt. Dies ist der Referenzstandard für die Bewertung der Eignung aller Polybuten-1-Materialien.
Diese Norm enthält sowohl ein Diagramm mit Referenzlinien (rechts) als auch eine Tabelle mit den Ringspannungswerten (unten), die zusammen die in einer Reihe anderer Normen festgelegten Zulässigkeitskriterien darstellen.
Expected hoop strength values
Die Norm ISO 10508 — Thermoplastische Rohre und Formstücke für Warm- und Kaltwassersysteme — definiert in Kombination mit ISO 12230 die Leistungsanforderungen für Anwendungen, für die Polybuten-1-Rohre verwendet werden können, im Hinblick auf die folgenden Betriebsbedingungen. ISO 10508 Anwendungsklassen für thermoplastische Rohre.
Bestimmung der Polybuten-1-Rohrgröße
Die am häufigsten verwendete Norm zur Bestimmung der Konformität von Polybuten-1-Typen (unter Bezugnahme auf ISO 12230) ist ISO 9080 (EN): Rohrleitungs- und Leitungssysteme aus Kunststoff — Bestimmung der langfristigen hydrostatischen Festigkeit von thermoplastischen Kunststoffen in Rohrform durch Extrapolation.
Dieses Standardverfahren wird in der Regel von akkreditierten unabhängigen Rohrprüfinstituten durchgeführt, um die Leistung aller thermoplastischen Materialien für Warm- und Kaltwasserleitungen zu überprüfen.
Die Norm ISO 10508 — Thermoplastische Rohre und Formstücke für Warm- und Kaltwassersysteme — definiert in Kombination mit ISO 12230 die Leistungsanforderungen für Anwendungen, für die Polybuten-1-Rohre verwendet werden können, im Hinblick auf die folgenden Betriebsbedingungen. ISO 10508 Anwendungsklassen für thermoplastische Rohre.
Unabhängige Testergebnisse
Langfristige Zuverlässigkeit und Chlorbeständigkeit
ASTM F2023-Testbericht für die Klasse PB-1 erhalten Akoalit PB 4267 bestätigt eine extrapolierte Lebensdauer von mehr als 50 Jahren bei Dauerbetrieb bei 60 °C. herunterladen
Bewertung einer Polybutylen-Sanitärinstallation nach 18 Betriebsjahren
Auf der Antec 2013 vorgestellt — unabhängige Studie (Bewertung vor Ort und Labortests) zum Zustand eines Polybutylen (PB) -Rohrleitungssystems in einem Mehrfamilienhaus. herunterladen
Die mechanischen Geräusche, die mit den Heiz- und Kühlzyklen von Heizrohrsystemen aus Metallen einhergehen, sind bei der Verwendung von Kunststoffrohrsystemen nahezu ausgeschlossen. Kunststoffrohre reduzieren und dämpfen die Übertragung sowohl mechanischer Geräusche als auch „Wasserschlageffekte“.
Der niedrige Elastizitätsmodul von PB-1 und die reduzierte Wandstärke sorgen für einen niedrigen Stoßdruck bei gegebenem Außendurchmesser und Nenndruck des Rohres.
Mechanisches Geräusch
Für die Schallleitung durch Festkörper sind die Schalldämmung und Absorption des Materials wichtige Kriterien, die von der Dichte und Elastizität des Materials abhängen.
Die akustischen Eigenschaften von Kunststoffen werden, wenn sie über weite Frequenz- und Temperaturbereiche aufgetragen werden, in der Regel durch die Glasübergangstemperaturen des jeweiligen Kunststoffmaterials bestimmt.
Bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur Tg wird die Schallgeschwindigkeit stark reduziert und die Schallabsorption stark erhöht. Der Tg von Polybuten-1-Homopolymeren liegt bei -18 °C. Die typische Betriebstemperatur einer Heizungs- oder Trinkwasserinstallation liegt deutlich über diesem Tg, sodass die Schallübertragung erheblich reduziert wird. Bei Metallen wie Kupfer gibt es keinen Glasübergang, sodass die Schallübertragung auch bei Temperaturen, die sich dem Schmelzpunkt des Materials nähern, hoch bleibt.
Bei Materialien im Allgemeinen wird beobachtet, dass die Schallgeschwindigkeit umso höher ist, je höher die Dichte ist. Die in der folgenden Tabelle aufgeführten Daten zeigen deutlich diesen Zusammenhang für eine Auswahl gängiger Sanitärmaterialien.
Offensichtlich ist das Design der Anlage entscheidend, um den geräuscharmen Betrieb eines Sanitärsystems zu gewährleisten. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, sollten die Wahl der Rohr- und Rohrleitungsmaterialien sowie die optimale Anordnung des Rohrsystems im Verhältnis zur Gebäudekonstruktion gebührend berücksichtigt werden.
Wasserhammer
Eine sich bewegende Wassersäule in einer Pipeline enthält gespeicherte kinetische Energie, die sich aus ihrer Masse und Geschwindigkeit ergibt. Da Wasser im Wesentlichen inkompressibel ist, kann diese Energie nicht aufgenommen werden, wenn ein Ventil plötzlich geschlossen wird. Das Ergebnis ist ein hoher augenblicklicher Druckstoß, der normalerweise als „Wasserhammer“ bezeichnet wird.
Fünf Faktoren bestimmen den Schweregrad des Wasserhammers
- Geschwindigkeit
- Elastizitätsmodul des Rohrmaterials
- Innendurchmesser des Rohres
- Wandstärke des Rohres
- Schließzeit des Ventils
Wiederholter Wasserschlag kann Rohrsysteme zerstören. Neben dem Geräusch kann ein Wasserschlag dazu führen, dass Rohrleitungen brechen, wenn der Druck hoch genug ist.
Der maximale theoretische Wert des Druckstoßes Ps ist:
v0 · a · α = ps
v0 = Geschwindigkeit des Mediums [m/s]
ein = Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle [m/s]
. = Dichte des Mediums [kg/m³]
ps = Druckstoß — Wasserschlag [N/m²]
Die maximalen Stoßdrücke, die durch einen Wasserschlag verursacht werden, können anhand der folgenden Gleichung berechnet werden, die dem „Handbook of Thermoplastic Piping System Design“, Thomas Sixsmith und Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., S. 65-69 entnommen ist
Ps = V (3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI) ½
wo:
Ps = Überdruck (psi)
V = Wassergeschwindigkeit (ft/sec)
DI = Innendurchmesser des Rohres (in)
E = Elastizitätsmodul des Rohrmaterials (psi)
t = Rohrwandstärke (in)
Der niedrige Elastizitätsmodul von Polybuten-1 führt in Kombination mit der reduzierten Wandstärke zu einem niedrigen Stoßdruck bei gegebenem Außendurchmesser und Nenndruck des Rohres. In der folgenden Tabelle wird der maximale Stoßdruck für Rohre mit einem Außendurchmesser von 38,1 mm (1-1/2 Zoll) aus verschiedenen Kunststoffmaterialien verglichen, die für den gleichen Druckbetrieb ausgelegt sind.
Korrosion von Metallen und Metallkomponenten in Heizungs- und Wasserversorgungsanlagen tritt aufgrund des Vorhandenseins von freiem Sauerstoff im Wasser auf. Sauerstoff ist fast immer in jedem System vorhanden, da er durch eine Reihe von Stellen wie offene Sammelbehälter, Ventile, Schraubverbindungen und Pumpen sowie durch gasdurchlässige Materialien eindringen kann.
In geschlossenen Heizkreisläufen, die nicht ständig mit heißem Wasser versorgt werden, reduziert die Minimierung des Sauerstoffeintritts durch die Rohrwand das Auftreten von Korrosion erheblich. Aus diesem Grund wurde ein sauerstoffdichtes Polybuten-1-Sperrrohr entwickelt.
Das Barriererohr besteht aus 3 oder 5 konzentrischen koextrudierten Materialschichten, die zu einer integralen Rohrwand zusammengefasst sind. Bei einer dreischichtigen Struktur bildet Polybuten-1 die innere Schicht und Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer (EVOH) die äußere Schicht. Die mittlere Schicht ist ein Haftmaterial, das sowohl mit den inneren als auch mit den äußeren Funktionsmaterialien kompatibel ist und eine integrale Struktur bildet.
In geschlossenen Heizkreisläufen wurde das PB-1-Barriererohr entwickelt, um das Eindringen von Sauerstoff durch die Rohrwand zu minimieren.
EVOH ist das Sauerstoffbarrierematerial mit extrem niedrigen Sauerstoffdurchlässigkeitseigenschaften. Um die Leistung der Sauerstoffbarriere weiter zu verbessern, wurde eine 5-lagige Rohrkonstruktion entwickelt. In diesem Fall bestehen die innere und äußere Schicht aus PB-1 und die mittlere Schicht aus EVOH. Auf beiden Seiten des EVOH befinden sich „Klebeschichten“. Die Vorteile der 5-lagigen Struktur bestehen darin, dass die EVOH-Schicht sowohl vor physikalischen als auch vor atmosphärischen Einflüssen geschützt ist und daher eine hervorragende Sauerstoffbarriere pro Gewichtseinheit von EVOH bietet.
Unabhängig vom verwendeten Rohrtyp gelangen geringe Mengen Sauerstoff in alle Heizungswasserkreisläufe. Um das System vor Korrosionseinflüssen zu schützen, werden dem zirkulierenden Wasser Inhibitoren zugesetzt.
Legionellen sind Bakterien, die gelegentlich auf natürliche Weise in Wasserverteilungsnetzen vorkommen und eine potenzielle Gefahr für die Gesundheit der Nutzer dieser Anlagen darstellen.
Die Faktoren, die es zu bekämpfen gilt, um die Vermehrung dieser Bakterien in Rohrleitungssystemen von Gebäuden zu verhindern, sind ihre Fortpflanzungstemperatur und die Bildung eines Biofilms als Substrat für die Ernährung und Besiedlung der Bakterien.
Die Fortpflanzungstemperatur von Legionellen liegt zwischen 20 °C und 50 °C, weshalb Wassertemperaturen in diesem Bereich vermieden werden müssen. Andererseits wird die Bildung eines Biofilms durch die Ansammlung von stehendem Wasser, die Temperatur innerhalb des oben genannten Bereichs, die Rauheit der Rohrleitungen und die mögliche Korrosion des Metalls unterstützt.
Die Fortpflanzungstemperatur von Legionellen liegt zwischen 20 und 50 °C, daher müssen Wassertemperaturen in diesem Bereich vermieden werden.
Die Vernichtungstemperatur von Legionellen liegt bei 70 °C, weshalb bei thermischen Desinfektionsbehandlungen die Flüssigkeit auf diese Temperatur erwärmt werden muss.
Die internationalen Produktionsstandards berücksichtigen diese Betriebstemperatur für diese Anwendung, wobei Klasse 2 als zutreffend definiert ist. Die beste Materialwahl für dieses Problem ist Polybuten-1, und mit einer guten Konstruktion und einer angemessenen Wartung der Anlage können potenzielle Legionellenprobleme vermieden werden. PB-Rohre eignen sich aufgrund ihrer geringen Rauheit, des Fehlens von Metallkorrosion und ihrer optimalen Widerstandsfähigkeit bei 70 °C (Vernichtungstemperatur der Bakterien) ideal zur Vorbeugung von Legionellenproblemen. Sie eignen sich außerdem für jährliche chemische Desinfektionsbehandlungen (30 ppm Cl bei 30 °C, 6 bar und für 2 Stunden). Dies geht aus Tests hervor, die der Rohstoffhersteller LyondellBasell in unabhängigen Labors durchgeführt hat.
Polybuten ist, wie andere Polyolefine, bis auf wenige Ausnahmen sehr widerstandsfähig gegen Lösungsmittel und chemische Produkte. PB-1 kann jedoch durch unpolare organische Lösungsmittel wie Benzol, Toluol, Chlorkohlenstoff usw. angegriffen werden. Weitere Informationen erhalten Sie bei Ihrem PB-1-Rohrleitungssystemlieferanten, wenn Sie einen spezifischen Ansprechpartner benötigen. Chlor ist ein starkes Oxidationsmittel sowohl für Polybuten als auch für andere Polyolefine. Die Prozentsätze, die in den Trinkwassernetzen gefunden werden (< 1 ppm), sind nicht schädlich, und die jährlichen Behandlungen werden auch nicht durchgeführt, um das Auftreten von Legionellen zu verhindern.
Die ultravioletten Strahlen im Sonnenlicht können die Verschlechterung des Materials verursachen oder beschleunigen. Das Produkt muss sowohl bei der Lagerung als auch bei der endgültigen Verwendung vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt werden. Bei Verwendung im Freien sollte es zum Schutz ummantelt oder gestrichen werden. Wenn es gestrichen ist, ist es vorzuziehen, Dispersionsfarben (auf Wasserbasis) zum Lackieren von Polybuten-1 zu verwenden. Lackfarben auf Ölbasis können mit einer Grundierung verwendet werden. Verwenden Sie keine Farben, Abbeizer oder Lösungsmittel auf Zellulosebasis. Stellen Sie vor dem Lackieren sicher, dass die Oberflächen sauber, trocken und fettfrei sind.
Polybuten-1 ist ein sehr geeignetes Material für Kühlung und Klimatisierung. Es behält seine Flexibilität bei Temperaturen unter Null besser als andere Materialien bei und widersteht den Glykolfamilien, die als Frostschutzmittel verwendet werden. Die in unseren Labors durchgeführten Tests weisen auf ein optimales Verhalten und eine optimale Widerstandsfähigkeit unter diesen Bedingungen hin. Die Glasübergangstemperatur liegt bei -16 °C, wobei Drucktests bei Temperaturen von bis zu -40 °C durchgeführt werden. Dank seiner Flexibilität hält es dem Einfrieren des mitgeführten Wassers stand, ohne dass es reißt, im Gegensatz zu starreren Materialien, die bei Frost brechen.
PB-1 ist ein sehr geeignetes Material für Kühlung und Klimatisierung.
