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Akustische Eigenschaften

Die mechanischen Geräusche, die die Heiz- und Kühlkreisläufe von Heizungs- anlagen begleiten und von Metallen erzeugt werden, werden beim Einsatz von Kunststoffrohrnetzen fast vollständig ausgeschlossen. Kunststoffrohre mindern und dämpfen die Übertragung von mechanischen Geräuschen und auch "Wasserschlag"-Effekten.

Mechanische Geräusche
Die Schalldämmung und die Schallabsorption des Materials sind wichtige Kriterien für die Schallübertragung und es handelt sich dabei um eine Funktion der Dichte und Elastizität des Materials. Die akustischen Eigenschaften von Kunststoffen werden, wenn man sie über weite Frequenz- und Temperaturbereiche grafisch darstellt, gewöhnlich von den Glasübergangstemperaturen des jeweiligen Kunststoffmaterials bestimmt. Bei Temperaturen über der Glasübergangstemperatur Tg ist die Schallgeschwindigkeit stark reduziert und die Schallabsorption stark erhöht. Die Tg von Polybuten-1-Homopolymerisaten liegt bei -18°C. Die typische Betriebstemperatur einer Heizungs- oder Trinkwasserinstallation liegt weit über dieser Tg, so dass die Schallübertragung wesentlich reduziert ist. In Metallen wie Kupfer gibt es wegen der hohen Kristallinität keinen Glasübergang, so dass die Schallübertragung weiterhin hoch ist, selbst bei Temperaturen bis in die Nähe des Schmelzpunktes.

Für Materialien generell lässt sich beobachten, dass je höher die Dichte, desto höher auch die Schallgeschwindigkeit ist. Die unten in der Tabelle dargestellten Daten veranschaulichen sehr deutlich dieses Verhältnis für eine Auswahl von für Sanitärinstallationen übliche Materialien.


Schallfortpflanzung in Materialien
  Dichte (g/cm³) Elastizitätsmodul (Mpa) Schallgeschwindigkeit (m/s)
Kupfer 7,2 110.000 3.900
PB-1 0,93 350 620
CPVC 1,56 3.500 2.350
PEX 0,95 600 800
Weichgummi 0,90 90 320

Bei der Gewährleistung eines ruhigen Betriebs einer Sanitärinstallationsanlage ist die Konstruktion der Installation selbstverständlich von kritischer Bedeutung. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse sollte bei der Wahl der Materialien für Rohre und Formteile sowie bei der optimalen Anordnung des Rohrleitungssystemes im Verhältnis zur Gebäudekonstruktion entsprechende Sorgfalt aufgewendet werden.

Druckschlag
Eine Säule sich bewegenden Wassers in einer Rohrleitung verfügt über gespeicherte kinetische Energie, die sich aus deren Masse und Geschwindigkeit ergibt. Da Wasser im Wesentlichen nicht komprimierbar ist, kann diese Energie nicht absorbiert werden, wenn ein Ventil plötzlich geschlossen wird. Das Ergebnis ist ein hoher, unmittelbarer Druckstoß, der gewöhnlich als "Druckschlag" bezeichnet wird.

Fünf Faktoren bestimmen den Schweregrad eines Druckschlags:
  1. Geschwindigkeit
  2. Elastizitätsmodul des Rohrmaterials
  3. Rohrinnendurchmesser
  4. Rohrwanddicke
  5. Ventilschließzeit
Maximale durch Druckschläge verursachte Überdrücke lassen sich mit Hilfe der folgenden Gleichung errechnen, die dem "Handbook of Thermoplastic Piping System Design" (Handbuch für die Konstruktion thermoplastischer Rohrleitungssysteme), von Thomas Sixsmith und Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., Seite 65-69, entnommen wurde:

Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½

wobei:

Ps = Überdruck (psi)
V = Wassergeschwindigkeit (Fuß/Sekunde)
DI = Rohrinnendurchmesser (Zoll)
E = Elastizitätsmodul des Rohrmaterials (psi)
t = Rohrwanddicke (Zoll)
Das niedrige Elastizitätsmodul von Polybuten-1 verbunden mit der reduzierten Wanddicke sorgt für einen geringen Überdruck für einen vorgegebenen Rohraußendurchmesser und Bemessungsdruck. Die Tabelle unten vergleicht den maximalen Überdruck für Rohre aus verschiedenen Materialien von 1½-Zoll Durchmesser, die für denselben Druckbetrieb ausgelegt sind.
  E E DI T V Ps Ps
  [psi] [MPa] [in] [in] [ft/s] [psi] [bar]
PB-1 65000 450 1.28 0.15 5.0 49.5 3.4
PEX 87000 600 1.14 0.22 5.0 72.4 5.0
PP 116000 800 1.05 0.26 5.0 93.0 6.4
CPVC 507000 3500 1.22 0.18 5.0 140.6 9.7