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Rohrleitungssysteme – Materialien und Schadensfälle aus der Praxis
Brixen, 18. März 2016
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Inhalt
• Werkstoffe in der Trinkwasserversorgung
Werkstoffe, Eigenschaften, Vor- und Nachteile
Schadensfälle aus der Praxis
Entwicklung in den kommenden Jahren
• Zusammenfassung & Ausblick
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Polymere sind Chemiewerkstoffe und organische Verbindungen (Basis: Erdöl, Erdgas), welche mittels Polymerisation erzeugt werden
• Wiederholung identer Einheiten (Prof. Staudinger, Nobelpreis 1953)
• Charakterisierung durch Schmelzindex (MFR) und mittlere Molekulargewicht bzw. deren Verteilung
• Nachwachsende Kunststoffe (NAKUs) habenin der Baubranche keine Bedeutung
Polymere Werkstoffe (Kunststoffe)
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Werkstoffe, Eigenschaften
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Werkstoffe, Eigenschaften
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Werkstoffe, Eigenschaften
Dämmstoffe, Fenster,
Türen, Rohre etc.
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Handelsübliche Kunststoffe bestehen auf Basispolymer und Zusatzstoffen:
- Farbpigmente
- Füllstoffe (Ruß, Talkum etc.)
- Verstärkungsstoffe (Glasfasern)
- Vernetzungsmittel
- Stabilisatoren gegen Hitze, UV etc.
- Schlagzähmodifizierung
• Verarbeiter erhält fertiges Package
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Flexibilität
• Verarbeitbarkeit (1 Verarbeitungsvorgang)
• Beständigkeit
• Vielfalt der Verbindungstechnologien
• Gewicht bzw. geringe Dichte
Vorteile polymerer Werkstoffe
• Spannungsrissempfindlichkeit bzw. Beständigkeit
• Temperaturbeständigkeit
• Höhere Längenausdehnung im Vergleich zu metallischen Werkstoffen
Nachteile polymerer Werkstoffe
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Polypropylen (PP)
• Vernetztes Polyethylen (PE-X)
• PE mit erhöhter Temperaturbeständigkeit (PE-RT)
• Kunststoff-Metallverbundrohre (PE-X/Al/PE-X bzw. PE)
• Poly(1-buten) (PB), Polyvinylchlorid chloriert (PVC-C)
Kunststoffe in der Trinkwasserinstallation (Hot & Cold)
• Polyethylen hoher Dichte (PE 80, PE 100, PE 100-RC)
• Weichmacherfreies Polyvinylchlorid (PVC-U)
• Glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) – Basis: Polyesterharze
Kunststoffe in der Trinkwasserversorgung
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Werkstoffe, Eigenschaften
Vorteile:
• Leichte Verarbeitbarkeit, gute Schweißbarkeit
• Sehr gute Chemikalienbeständigkeit
• Gute Trinkwassertauglichkeit
Nachteile:• Mäßige Temperaturbeständigkeit (70 °C - 90 °C) Vernetzung (PE-X) oder Stabilisierung (PE-RT)
• Neigung zur Spannungsrisskorrosion (Punktlast etc.) Bimodalität (PE 100-RC)
Polyethylen (PE)
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Werkstoffe, Eigenschaften
• PE ist Ausgangsstoff, welcher einer Vernetzung unterzogen wird:
PE-Xa … peroxidisch-vernetztes PE PE-Xb … silan-vernetztes PE PE-Xc … strahlen-vernetztes PE PE-Xd ... Azo-vernetztes PE
• Veränderung der Molekularstruktur durch Vernetzung bedingt höhere Einsatztemperatur
• Kein Thermoplast und daher z.B. nicht recyclierbar, nicht schmelzbar, aber sehr wohl schweißbar
• Verbindungstechnologie: Mechanische Verbindungen (und Heizwendelschweißen)
Vernetztes Polyethylen (PE-X)
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Beispiele aus der Praxis
• Warmwasserleitung aus PE-X zeigte Brüche auf. Rohre waren in der Zwischendecke (Zirkulationsleitung) verlegt.
• Betriebsbedingungen (Temperatur,Druck) waren unauffällig.
• Deutlicher Krümmungsradius aus Verlegung.
• Eine Chlorierung (Chlordioxid) wurdevorgenommen.
• Liegt hier ein Werkstofffehler vor?
Warmwasserleitung aus PE-X
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Beispiele aus der Praxis
• Schädigung ausschließlich an Innenseite nahe Boiler und Zudo-sierung (OIT < 1“). In größerer Entfernung: OIT-Werte ca. 5 min
• Stabilisatoren, die Kunststoff vor Oxidation schützen, waren im Rohr ursprünglich mit 0,6 mg/g vorhanden. An geschädigten Rohren waren Werte < 0,1 mg/g feststellbar.
• Verbrauch an Stabilisatoren ist auf das Oxidationsmittel Chlordioxid zurückzuführen.
• Brüche treten vorrangig im Bereich starker Krümmungsradien auf (Herstellerangaben unterschritten). Dort überlagern sich Spannungen auf Biegung und dem Innendruck.
Warmwasserleitung aus PE-X
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Beispiele aus der Praxis
• Schweißverbindung (Elektroschweißmuffe, Rohrbogen) haben sich getrennt.
• Betriebsbedingungen (Temperatur,Druck) waren unauffällig.
• Schweißindikatoren an Muffe deutlich ausgetreten.
• Lösen (Bruch) der Oberfläche erfolgte zu 100 % spröd und ohne Verformungen
• Liegt hier ein Produktfehler vor?
Wasserleitung aus PE
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Beispiele aus der Praxis
• Austritt der Schweißindikatoren zeigt ausreichende Schmelzebildung. Wärmeeindringung in Rohr und Formstück feststellbar.
• Rohrbogen wurde vor der Schweißung nicht geschabt.
• FT-IR Analyse an Bruchflächen zeigt Silikonöl (Poly-dimethylsiloxane), Fettsäureester und Ethylorthosilikat
• Fehlende Schabung hat zur „Verschmutzung“ der Fügepartner und einer mangelhaften Verschweißung geführt.
Wasserleitung aus PE
415621_gr415621_K
NameBG Korneuburg, Oberflächenspann groß, KBr-ScheibeBG Korneuburg, Oberflächenspann klein, KBr-Scheibe
Beschreibung
4000 6003500 3000 2500 2000 1750 1500 1250 1000 750cm-1
105
66
70
75
80
85
90
95
100
%T
105
7274767880828486889092949698
100102
%T
2923,8
2853,0
1457,8
1260,3
1019,71081,41376,23357,5
1737,7
800,1
967,9
1186,51646,1
1080,1
2977,4 2929,9
2894,9971,6
797,0
1393,0
1444,7 1367,2
1297,1
1484,8
1732,0
groß
klein
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Werkstoffe, Eigenschaften
Vorteile:
• Hohe mechanische Festigkeit, Steifheit und Härte
• Chemikalienbeständigkeit (polare Lösungsmittel)
• Schwer entflammbar, gute Licht- und Wetterbeständigkeit
• Kaum Neigung zur Spannungsrissbildung und klebbar
Nachteile:
• Schlagempfindlich in der Kälte ( Schlagzähmodifizierung)
• Vergleichsweise schwierige Verarbeitbarkeit
• Niedrige Dauergebrauchstemperatur (60 – 90 °C) ( PVC-C)
Polyvinylchlorid (PVC-U, PVC-C)
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Beispiele aus der Praxis
• Rohrleitungssystem aus PVC-U (weichmacherfreies PVC)
• Druckversorgungsleitung (PN 16) in Keller verlegt
• Bogen 45° in DN/OD 150 (gefertigt aus Rohr)
• Bruch radial im Bereich des Bogen
• Wandbefestigung erfolgt durch Schellen
PVC-U Wasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
PVC-U Wasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
• Am Werkstoff PVC-U (weichmacherfreies PVC) konnte keine oxidative Schädigung (Umgebungstemperatur) festgestellt werden
• Bruchfläche in Lichtmikroskop liefert keine eindeutigen Hinweise.
• Zufällig beobachtete Fleckenbildung bei Auslagerung an Oberfläche.
• Was ist Grund für Bruch?
• Infrarotspektroskopie (FT-IR), Gaschromatographie (GC) zeigen Phthalsäureester bzw. Diisooctyladipat und Diisooctylphthtalat.
• Weichmacher (aus Elastomer der Schelle) erhöhen Flexibilität, senken jedoch die Festigkeit.
PVC-U Wasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Herstellung aus Propylen
• Copolymere (meist PE), da PP alleine zu spröde
• Grundsätzlich 3 Arten:
Homopolymer (PP-H)
Block-Copolymer (PP-B)
Random-Copolymer (PP-R)
• Verbindungstechnologie: Schweißen und mechanische Verbindungen
Polypropylen (PP)
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Aufbau der Rohre: Kunststoff – Metall – Kunststoff
• Metall: Aluminium bzw. Kunststoff: PE-HD, PE-X, PE-RT
• Bezeichnung z.B. PE-X/AL/PE-HD Rohr
• Verbinder: Mechanische Verbinder aus Kunststoff oder Metall
• Vorteile:
Geringere Längenausdehnung
Diffusionsdicht
Heißwasserbeständig
Längssteifigkeit
Kunststoff-Metallverbundrohre
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Beispiele aus der Praxis
• Kunststoff-Metallverbundrohre (PE-X/Al/PE-X) in einer im Jahr 2006 errichteten Wohnhausanlage
• Innenschicht der Rohre ist nach ca. 6 Jahren versprödet. Es sind Brüche und Undichtheiten ausschließlich an der Warmwasser-leitung aufgetreten.
• Erstgutachter stellt ohne Befund fest, dass Rohre Temperatur nicht standgehalten haben, und das die Ursache für die Schäden sei.
• Stimmt das? War es das Rohr oder eine Übertemperatur?
Warmwasserversorgung
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Beispiele aus der Praxis
• Boiler-Temperatur hat 60 °C nicht überschritten. Bewohner klagen über zu heißes Warmwasser, dass dann kühler und schließlich wieder wärmer wird.
• Befundaufnahme zeigt, dass Leitungssystem im Kaltwasser-bereich ohne Isolierung ausgeführt ist.
• Warmwasserleitung (DN 16) ist isoliert (Dämmstärke 20 mm) und nicht als Zirkulationsleitung ausgeführt.
• Um Temperatur zu halten, wurde elektrisches Heizband (Modell HWAT-R der Fa. Raychem) in ein- und zweifacher Verlegung installiert.
Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
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Beispiele aus der Praxis
• Heizband HWAT-R ist für eine Wohnhausanlage überdimensioniert und für Hotels, Krankenhäuser etc. vorgesehen.
• Im gegenständlichen Fall wäre Heizband HWAT-M mit einer ca. 1/3 geringeren Heizleistung.
• Weiters wäre verpflichtend der Temperatursteller HWAT-ECO zu verwenden gewesen. Dieser wurde im Keller an den Kupfer-leitungen vorgesehen, nicht aber in den Wohnebenen.
• Die zu hohe Leistung und der permanente Betrieb der Heizbänder führt dazu, dass mehr Energie eingebracht wird, als durch die Isolierung abgeführt werden kann.
Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
• Die zu hohe Leistung und der permanente Betrieb der Heizbänder führt dazu, dass mehr Energie eingebracht wird, als durch die Isolierung abgeführt werden kann.
• Je nach Rohrdimension (DN 16 oder DN 20), Entnahmesituation und Belegung des Heizbandes (einfach oder doppelt) stellen sich Betriebstemperaturen zwischen 73 °C und 80 °C) ein.
• Die Max. Dauerbetriebstemperatur des Rohres beträgt 70 °C.
• Der Schaden ist auf einen Planungsmangel zurückzuführen.
Warmwasserversorgung innerhalb eines Gebäudes
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Beispiele aus der Praxis
• Kunststoff-Metallverbundrohrleitungssystem zeigte Undichtheiten im Warm- und Kaltwasserbereich an mehreren Verbindungen auf.
• Verbindungstechnologie: Pressverbinder (mit Presshülse).
• Betriebsbedingungen (Temperatur,Druck) waren unauffällig.
• Ursache für die Undichtheiten?
Kunststoff-Metallverbundrohrleitungssystem
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Beispiele aus der Praxis
• Es war ein Mischinstallationssystem (Rohre des Herstellers A und Formstücke der Hersteller A und B) festzustellen.
• Undichtheiten waren ausschließlichan Verbindungen der Kombination A/B feststellbar.
• Presswerkzeug, das verwendet wurde,ist für System A/A und nicht A/B geeignet. Zusätzlich geometrische Inkompatibilität.
Kunststoff-Metallverbundrohrleitungssystem
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Werkstoffe, Eigenschaften
• Steigende Verbreitung des Werkstoffes PE 100-RC in Rohren und Formstücken
• Verbesserte Stabilisierung polymerer Werkstoffe (Temperatur, Chlor, Chlordioxid…ÖNORM B 5019)
• Kunststoff-Metallverbundrohre und höhere Vielfalt an Verbindungssystemen (Plug & Play)
• Höhere Festigkeiten (z.B. PP-RCT) und Reduktion der Wand-dicken sowie Verbesserung der Schlagzähigkeit (trimodales PP-R)
• Weiters Substitution von Gusseisen, Kupfer und Stählen
Entwicklungen in den kommenden Jahren
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Inhalt
• Werkstoffe in der Trinkwasserversorgung
Werkstoffe, Eigenschaften, Vor- und Nachteile
Schadensfälle aus der Praxis
Entwicklung in den kommenden Jahren
• Zusammenfassung & Ausblick
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Zusammenfassung & Ausblick
• Am Markt sind Produkte aus einer Vielzahl von bewährten Werkstoffen erhältlich. Kunststoffe haben wegen der Produkteigenschaften und der Verbindungstechnik klare Vorteile.
• Qualifiziertes Personal und geeignete Gerätschaften sowie Verwendung von dem System zugehörigen Presswerkzeugen tragen wesentlich zur Qualität bei.
• Von Mischinstallationen ist aus Gründen der Kompatibilität und der Gewährleistung eindeutig abzuraten.
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Kontakt: DI Udo PAPPLER
Leiter Bereich Werkstoffanwendungen am OFI
Leiter der Zertifizierungsstelle OFI-CERT
t: +43 1 7981601 790
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