envelope redakcja@polskiinstalator.com.pl home ul. Wąski Jar 9
02-786 Warszawa

Advertisement










25 09Tworzywa sztuczne to doskonały materiał do budowy nowoczesnych instalacji odpornych na korozję. Dzięki bogatej ofercie rynkowej, obecnie materiał ten można idealnie dopasować do potrzeb instalacji, a systemowe rozwiązania ułatwiają projektowanie, wykonawstwo i ograniczają ryzyko błędów montażowych. Duży wybór rozwiązań bywa jednak wyzwaniem, choćby ze względu na interpretację stosowanych oznaczeń rur. Spróbujmy więc krótko usystematyzować wiedzę na temat tworzyw sztucznych, z których wykonywane są dostępne na rynku elementy instalacji.

Podstawowymi rodzajami tworzyw sztucznych stosowanych w instalacjach sanitarnych i ogrzewczych są tworzywa termoplastyczne. Na instalacje rurowe stosowane są tworzywa, które zalicza się do grupy poliwinyli bądź do grupy poliolefinów. Dalszy podział tych dwóch grup wraz z symbolami oznaczeń materiału przedstawia tabela 1. Przedstawione w tabeli symbole tworzyw są oznaczeniami podstawowymi. W praktyce używanych jest ich więcej, co spowodowane jest wprowadzaniem przez producentów symboli firmowych (nie należy tego mylić z nazwami firmowymi poszczególnych tworzyw).

Łączenie materiałów
W gotowych produktach do wykonywania instalacji rurowych bardzo często są łączone rożne rodzaje tworzywa i inne materiały, np. metalowe gwintowane wkładki, taśmy aluminiowe czy włókno szklane zmniejszające wydłużalność liniową tworzyw sztucznych. Typowym przykładem takich połączeń są rury wielowarstwowe, np. często spotykane PE-X/AL/PE-X lub PE-X/AL/PE-HD, składające się z:

  • wewnętrznej warstwy polietylenu sieciowanego;
  • środkowej warstwy z taśmy aluminiowej zgrzewanej doczołowo lub na zakładkę ultradźwiękami albo laserem;
  • zewnętrznej warstwy również z polietylenu sieciowanego lub polietylenu wysokiej gęstości.

26 09Poszczególne warstwy takich rur są połączone specjalnym klejem. Dzięki temu iż rura składa się z kilku warstw wzrasta jej wytrzymałość mechaniczna i zmniejsza się wydłużalność termiczna. Warstwa aluminium zabezpiecza medium przepływające wewnątrz rury przed przedostawaniem się tlenu do jej wnętrza. Z kolei zastosowanie wkładki aluminiowej we wnętrzu rury znacznie ogranicza wydłużenia liniowe przewodu. Przykładowo dla różnicy temperatury 50°C (różnica między temperaturą, w której jest układany rurociąg, a temperaturą medium w rurociągu) wydłużenie rury z jednorodnego materiału PE-X wynosi 9,25 mm/1m, natomiast dla rury wielowarstwowej wyposażonej we wkładkę aluminiową wydłużenie skraca się do 1,25 mm/1m.
Innym przykładem łączenia różnych materiałów (najczęściej metalu) w strukturze tworzywa sztucznego są łączniki z polipropylenu (PP) lub polietylenu wysokiej gęstości z zatopionymi wkładkami mosiężnymi, najczęściej powleczonymi powłoką chromoniklową i oddzielonymi od wewnątrz rury cienką warstwą tworzywa, która zapewnia brak kontaktu metalowej wtopki z przepływającym medium.Warto też wymienić rury tworzywowe wykonywane z dodatkowymi warstwami zewnętrznymi lub wewnętrznymi (we wnętrzu ścianki przewodu) w celu uzyskania pewnych określonych cech. Najczęściej są to naniesione warstwy antydyfuzyjne ze specjalnego rodzaju żywic (EVOH, EVAL, O2 stop) lub zewnętrznej warstwy z taśmy aluminiowej ciągłej lub perforowanej (rury z PP), zabezpieczonej dodatkową, zewnętrzną, cienką warstwą tworzywa (rury stabilizowane).

Budowa rur wielowarstwowych
Tego typu rury stosowane są głównie w instalacjach zimnej i ciepłej wody, centralnego ogrzewania, cyrkulacji, sprężonego powietrza, instalacjach chłodzących. Powinny one spełniać wysokie wymagania techniczne i użytkowe. Muszą być odporne na korozję, wysoką temperaturę, działanie kwasów i zasad. Powinny się charakteryzować niskim współczynnikiem chropowatości oraz być odporne na procesy starzenia. W przypadku ich zastosowania w instalacjach c.w.u. i c.o. niebagatelną rolę odgrywa również wydłużalność termiczna. Niski ciężar oraz przystępna cena przewodów rurowych wraz ze złączkami to dodatkowe zalety dobrego systemu instalacyjnego.27 09
Wszechstronne wykorzystanie rur wielowarstwowych w wielu systemach instalacyjnych jest wynikiem zastosowania do ich budowy różnych rodzajów tworzyw sztucznych i materiałów w poszczególnych warstwach przekroju poprzecznego rury. Wewnętrzna powłoka rury najczęściej wykonana jest z tworzywa sztucznego. Wyjątkiem są przewody, których wewnętrzną powłoką jest cienkościenna rura miedziana powleczona polietylenem usieciowanym lub cienkościenna rura ze stali szlachetnej powleczona warstwą polipropylenu. Zastosowanie metalu jako jednej z warstw przewodu pozwala na wyeliminowanie dyfuzji tlenu przez ścianki przewodu do wnętrza instalacji oraz ograniczenie do minimum wydłużalności termicznej przewodów.28 09W tabeli 2 zostały przedstawione możliwe konfiguracje poszczególnych warstw rur wielowarstwowych. Obecnie przegląd ten może nie być kompletny. Ciągły postęp w tej dziedzinie stwarza wiele możliwości modyfikacji. Producenci stale zmieniają układ warstw wewnątrz przewodów w zależności od nowych rozwiązań materiałowych powstających w laboratoriach. Ma to na celu przede wszystkim zwiększenie wytrzymałości materiałów do budowy instalacji oraz obniżenie kosztów produkcji. Klasycznym przykładem takich działań są rury PE-RT, podobne do PE-X, lecz nie wymagają one usieciowania, przez co są tańsze w produkcji.

29 09Polietylen usieciowany PE-X – cechy
Materiałem, z którego obecnie najczęściej wykonuje się instalacje ogrzewania podłogowego lub grzejnikowe, są rury wielowarstwowe z polietylenu sieciowanego PE-X oraz rury wielowarstwowe z PE-RT. Do budowy instalacji ogrzewczej grzejnikowej wykorzystuje się również przewody wielowarstwowe z PP-R lub miedziane.
Polietylen usieciowany produkowany jest od 1972 r. Metodę produkcji sieciowanych rur polietylenowych za pomocą nadtlenku opracowała firma Wirsbo. Proces ten został nazwany imieniem wynalazcy prof. Thomasa Engla. Pomimo upływu czasu zalety polietylenu sieciowanego nie są powszechnie znane wśród instalatorów, a szkoda, ponieważ materiał ten ma ich wiele, o czym poniżej.

Wysoka wytrzymałość zmęczeniowa. Zjawisko zmęczenia materiałowego powstaje wówczas, gdy rura poddawana jest cyklicznemu działaniu (naprzemiennie wysokiego i niskiego) ciśnienia, co powoduje trwałe zmiany w strukturze materiału i w konsekwencji prowadzi do utraty jego pierwotnych właściwości mechanicznych.

30 09Wysoka odporność na udary i siły rozciągające. Zachowanie się tworzywa pod wpływem uderzeń, tzw. ciągliwość udarową (wiązkość), określa się według odpowiednich procedur w próbach na złamanie uderzeniowe lub przebicie. Korzystając z młotów wahadłowych lub swobodnie spadających ciężarków niszczących wyznacza się przy tym możliwość przejęcia pracy uderzenia przez próbki w postaci rur, prętów lub płytek, w większości aż do całkowitego ich zniszczenia. Normą dotyczącą badań udarności jest ISO 3127/DIN 8061: Udarność rur. W próbach długotrwałych próbki tworzywa obciąża się jednoosiowo w ustalonych warunkach klimatycznych siłami (najczęściej ciężarkami), które podczas trwania całej próby pozostają takie same. Mierzy się wydłużenie odcinka pomiarowego i czas ewentualnego rozerwania próbki. Co więcej: woda zamarzająca w przewodach z PE-X (bez wkładki aluminiowej) nie powoduje ich pękania. Należy pamiętać, iż nie dotyczy to elementów instalacji wykonanych z metalu (zawory, złączki itp.), gdzie należy liczyć się z ich uszkodzeniem. Przewód z polietylenu sieciowanego (standardowy) z korkiem lodowym wewnątrz poddany próbie uderzeniowej nie ulega zniszczeniu.

Bardzo wysoka wytrzymałość na ciśnienie. Rura PE-Xc/ Al/PE-Xb o wymiarach 16 x 2 mm wytrzymuje podczas próby ciśnienie 100,2 bara przy temperaturze wody 23°C. Przewód PE-X (standardowy) ulega rozerwaniu przy ciśnieniu 76 barów (temp. wody 23°C). Połączenia (styk rurazłączka) nie wykazują śladów przecieków.

Wysoka elastyczność rur. Cecha ta umożliwia wykonywanie instalacji w zupełnie inny niż tradycyjny sposób oraz wyeliminowanie nawet ponad 50% połączeń. Przewód PE-X z wkładką aluminiową jest rurą „trwale elastyczną”. Raz nadany jej kształt, przy użyciu specjalnej sprężyny zewnętrznej lub wewnętrznej, pozostaje trwały. W przypadku rur standardowych, do zmiany kierunku można stosować dmuchawę powietrza gorącego lub łuki naprowadzające o kącie 90°. Zmiany kierunku prowadzenia przewodów (w narożnikach ścian, w celu obejścia filarów) nie wymagają zatem stosowania złączek, jak to ma miejsce w przypadku rur stalowych lub miedzianych (twardych). Jeden z markowych producentów rur wielowarstwowych z PE-X produkuje przewody, które można wyginać używając specjalnych sprężyn lub giętarki, a promień ich gięcia to tylko trzykrotna średnica zewnętrzna rury.
Załamanie rury nie ma ujemnego wpływu na jakość materiału. Nie dotyczy to rur z powłoką EVOH lub wkładką aluminiową.

Zdolność samokompensacji wydłużeń cieplnych. W przypadku natynkowego montażu instalacji, przewody tworzywowe powinny być prowadzone w sposób umożliwiający przejęcie wydłużeń cieplnych z wykorzystaniem zjawiska samokompensacji. Należy im zapewnić prawidłowe punkty podparcia, umożliwiające przejęcie wydłużeń w określonych kierunkach. Kompensacja naturalna (samokompensacja) polega na układaniu przewodów w linii łamanej z odpowiednim rozmieszczeniem podpór stałych i przesuwnych. Umożliwia to swobodne wydłużanie się odcinków prostych na skutek uginania się kolan lub łuków.

Odporność na zarastanie kamieniem (inkrustację) i korozję. Dzięki bardzo gładkiej powierzchni wewnętrznej rur i złączek z PE-X nie odkładają się w nich osady (wapienno-magnezowe), nie powstają złogi, a przewody zachowują stałą średnicę wewnętrzną przez kilkudziesięcioletni okres użytkowania. Większa prędkość wody w złączce, która najczęściej ma średnicę wewnętrzną mniejszą od samego przewodu, powoduje samooczyszczanie się metalowej powierzchni kształtki. Oczywiście, podobnie jak inne tworzywa sztuczne stosowane w instalacjach, rury te są odporne na korozję.

Kompatybilność z elementami stalowymi i miedzianymi w instalacji. Przewody oraz złączki z PE-X nie wchodzą w reakcję z ww. materiałami, z których wykonana jest pozostała część instalacji. Nie występuje zjawisko korozji elektrochemicznej.

31 09Neutralność fizjologiczna oraz odporność mikrobiologiczna. Polietylen sieciowany nie ma większego wpływu na smak, zapach i kolor wody (ew. może powodować przechodzenie do wody lekko słodkiego smaku). Najwyższe stężenia substancji wymywanych ze ścianek występuje w rurociągach o małej średnicy. Dotyczy to szczególnie odcinków przewodów o bardzo małym zużyciu wody, czyli takich, w których woda znajduje się w spoczynku przez dłuższy czas. O jakości wody przewodzonej przez rury z polietylenu sieciowanego decyduje również to, że rury te są wolne od jonów metali ciężkich. W przewodach wykonanych z PE-X nie występuje ołów i kadm.

Bardzo niska przenikalność cieplna. Istotnie ogranicza to schłodzenie wody w instalacji i straty energii cieplnej. Przewodność cieplna dla rury PE-X standardowej oraz z barierą antydyfuzyjną EVOH mieści się w granicach od 0,35 do 0,41 W/(m · K) w zależności od producenta rur, a np. dla rury PE-X/Al/PE-X (z wkładką aluminiową gr. 0,2 mm) wynosi zaledwie 0,43 W/(m · K). Strata ciepła jest w tym przypadku około 900 razy mniejsza niż dla miedzi. Materiał cechuje się też brakiem zjawiska kondensacji pary wodnej na zewnętrznej powierzchni przewodów – jak to ma miejsce na powierzchni rur stalowych lub miedzianych wypełnionych zimną wodą.

Najwyższa spośród wszystkich tworzyw sztucznych żywotność instalacji. Ze względu na charakterystyczne właściwości polietylenu sieciowanego (PE-X), przy uwzględnieniu temperatury i ciśnienia, jakiemu poddawane są instalacje wodno-sanitarne, instalacje wykonane z tego materiału cechuje trwałość porównywalna z trwałością budynku, tj. min. 50 lat. Amerykańscy producenci rur z PE-X określają jego żywotność w normalnych warunkach eksploatacyjnych na 100 lat.

Relatywnie niski koszt wykonania instalacji. Jest on z reguły niższy od kosztu instalacji z rur o podobnej średnicy wykonanej ze stali lub miedzi. Oceniając koszty, należy brać pod uwagę również narzędzia do wykonania instalacji z tworzywa sztucznego. Systemy zaciskowe skręcane z pierścieniem przeciętym wymagają minimum oprzyrządowania, którego koszt jest niewielki. Bardziej zaawansowane technologicznie systemy (zaprasowywane zaciskarką elektryczną lub hydrauliczną) wymagają dużo większych nakładów inwestycyjnych, co jest rekompensowane szybszym i bardziej precyzyjnym wykonaniem połączeń.

Przewody z PE-X – różnice
Przewody PE-X różnią się między sobą następującymi cechami:

  • typem polietylenu w poszczególnych warstwach przekroju (np. PE-Xc/AL/PE-PE-HD);
  • stopniem usieciowania rury z materiału jednorodnego (np. PE-Xa; PE-Xb; PE-Xc);
  • stopniem usieciowania poszczególnych warstw (np. PE-Xc/AL/PE-Xb; PE-Xb/EVOH/PE-Xb; PE-Xa/EVAL/; PE-Xc/AL/PE-Xc);
  • grubością wkładki aluminiowej AL (np. 0,2 mm);
  • połączeniem wkładki metalowej (na zakładkę lub doczołowo) i miejscem jej nałożenia wewnątrz lub na zewnątrz rury;
  • miejscem naniesienia powłoki antydyfuzyjnej (EVOH; EVAL; O₂ STOP);
  • zabezpieczeniem przed promieniowaniem UV (np. napylenie powłoki aluminiowej lub naniesienie jej w postaci taśmy);
  • stabilizacją smakową – woda przepływająca przez te rury nie ma posmaku tworzywa sztucznego;
  • odpuszczeniem termicznym (odprężeniem); bez dokonania odprężenia przewód zmienia swą długość w trakcie eksploatacji wraz z upływem czasu;
  • kolorem – rury do instalacji sanitarnych najczęściej są w kolorze mlecznobiałym lub niebieskim, do instalacji c.o. są w kolorze białym, czerwonym lub srebrnym, a w ogrzewaniu podłogowym rury mogą być żółte, białe i czerwone. Instalacje w kolorze mlecznobiałym mogą mieć również naniesione kolorowe nitki (zielone, niebieskie, czerwone) wzdłuż całej długości (Wirsbo). Barwa poszczególnej nitki wskazuje na zastosowanie danego materiału w konkretnej instalacji.

Każdy z producentów rur (systemu instalacyjnego) ściśle określa w swoich materiałach informacyjnych przeznaczenie danego typu przewodu do konkretnych typów instalacji (wodociągowych, ogrzewczych, sprężonego powietrza itp.). Producenci nanoszą oznaczenia literowe i cyfrowe na powierzchnie rur w określonym kolorze, który jest również wskazówką, gdzie dana rura ma być zainstalowana.

Warto pamiętać, że wytrzymałość rur PE-X zależy od stopnia usieciowania polietylenu i od temperatury, w jakiej przewody są użytkowane. Sposób sieciowania określa naniesiona na rurze mała literka przy znaku X (a, b lub c), przy czym literka „a” oznacza najwyższy stopień usieciowania (95%), a literka „c” najniższy stopień usieciowania (65%). Generalnie, wytrzymałość wzrasta wraz ze stopniem usieciowania i, jak zwykle, spada ze wzrostem temperatury. Dla trwałości użytkowej przynajmniej 50 lat w temperaturze 70°C projektowane naprężenia obwodowe zwykle powinny być ograniczone do 3 Mpa dla rury ze stopniem usieciowania polietylenu nie niższym niż 70% (metoda sieciowania silanem). Takie rury są przeznaczone do rozprowadzenia ciepłej wody użytkowej wewnątrz budynków z ciśnieniem roboczym 1 Mpa (10 bar). Dla ogrzewania podłogowego ciśnienie robocze jest zwykle równe 0,15 Mpa, a dla centralnego ogrzewania – 0,6 Mpa.

Polietylen PE-RT – cechy
Oznaczenie rur jako „PE-RT” oznacza materiał z polietylenu o podwyższonej odporności na wysoką temperaturę. Rury z polietylenu PE-RT (materiał bazowy POEC – Dowlex 2344E) cechują się bardzo dobrą stabilnością cieplną i ciśnieniową. Struktura przestrzenna niesieciowanego polietylenu jest podobna do wełny, w której poszczególne elementy (nici, molekuły) są wzajemnie splątane. Każdy z równej długości łańcuchów głównych ma swoje gałęzie boczne, a te, im dłuższe, tym tworzą bardziej splątaną materię. Tym samym wzrasta odporność tego materiału na procesy starzenia. Standardowy polietylen ma krótkie łańcuchy boczne (butenconomery), a PE-RT składa się z gałęzi trzy razy dłuższych (octencomonomery). Tak złożona struktura bardzo wyraźnie poprawia wytrzymałość termiczną i mechaniczną całego materiału. Materiał ten cechuje się ponadto wysoką elastycznością, która pozwala na łatwiejsze układanie rur w ogrzewaniu podłogowym.

Dzięki podstawowym właściwościom tego materiału nie ma konieczności wykonywania procesu sieciowania, co wyraźnie wpływa na zmniejszenie kosztów produkcji rury. Przewody z PE-RT są znacznie tańsze od rur z PE-X, gdyż nie wymagają sieciowania. Rury z tego materiału mają zastosowanie przede wszystkim w przyłączach grzejnikowych oraz w wodnym ogrzewaniu podłogowym i ściennym.

Rury z tworzyw sztucznych mają bardzo wiele zalet. Niestety, nie są pozbawione również wad, czy raczej: ograniczeń, ale o tym napiszę w następnym artykule.32 09


 

pi