PB vs. PE-RT & PEX

Ein echter Kostenvergleich zwischen Rohrleitungssystemen sollte die Installationszeit, Verbindungsoptionen, Lebensdauer und SDR-Bewertung umfassen.

Polybutylen bietet im Vergleich zu PE-RT und PEX spürbare Vorteile für Rohrleitungssysteme.

Bei Bauprojekte ist die tatsächliche Kostenabweichung von Rohrleitungssystemen über konkurrierende Materialien hinweg mehr als ein Kostenvergleich pro Länge für denselben Außenrohrdurchmesser.

Darauf achten Spezifizierer: einfache Installation, die sich auf die Kosten vor Ort auswirkt; Verbindungsoptionen, langfristige Systemleistung und voraussichtliche Lebensdauer; sowie Standardbemaßungsverhältnis (Standard Dimension Ratio, SDR) von Rohrmaterialien, um die Haltbarkeit mit dem Druck zu vergleichen.

Im Vergleich zu PEX- und PE-RT-Systemen bietet Polybutylen erhebliche Vorteile in einer Vielzahl von Leistungskategorien, die dazu beitragen, dass Polybutylen-Rohrsysteme die optimale Wahl für Hochleistungs-Fernwärmeinstallationen sind.
 

Was ist SDR?

Das SDR misst die Rohrhaltbarkeit gegen Druck und korreliert den Außendurchmesser und die Wandstärke eines Rohrs.

SDR oder das Standardbemaßungsverhältnis bezieht sich auf die Geometrie eines Rohrs. SDR ist eine Methode zur Bestimmung der Widerstandsfähigkeit eines Rohrs gegenüber Druck. Es beschreibt den Zusammenhang zwischen dem Rohrmaß und der Dicke der Rohrwand. SDR 11 bedeutet beispielsweise, dass der Außendurchmesser des Rohrs das Elffache der Wandstärke beträgt.

• Hohes SDR-Verhältnis
  Die Rohrwand ist im Vergleich zum Rohrdurchmesser dünn
• Niedriges SDR-Verhältnis
  Die Rohrwand ist im Vergleich zum Rohrdurchmesser dick

Beispielrechnung:
Das SDR für ein Rohr mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einer Wandstärke von 5 mm kann wie folgt berechnet werden:
100mm / 5mm = SDR 20
 

Warum ist SDR für Rohrleitungssysteme von Bedeutung?

Aufgrund des höheren SDR-Verhältnisses von Polybutylen im Vergleich zu PE-RT oder PEX bieten Polybutylen-Rohrleitungssysteme wegen ihrer Anforderungen an den unteren Wandabschnitt für die gleiche Druckleistung und den gleichen Außendurchmesser folgende Vorteile:

• Weniger Material für die gleiche Druckkapazität
• Geringeres Gewicht pro Meter Rohr
• Niedrigerer Rohraußendurchmesser für die gleiche Leistung
• Größere Innenfläche für den gleichen Außendurchmesser mit folgenden Vorteilen:
  - Höhere Durchflussrate bei gleichem Druck
  - Geringerer Druckverlust, geringerer Energiebedarf für den Betrieb eines Systems oder von Pumpen mit geringerer Kapazität

SDR-Klassen und Rohrabmessungen

SDR-Klassen, die in den nationalen Normen für Fernwärme-Rohrleitungssysteme angegeben sind.

SDR-Klassen und Druckschlag

Je höher die SDR-Klasse, desto niedriger der Druckschlag bei einer bestimmten Durchflussrate. Polybutylen hat die höchste SDR-Klasse im Vergleich zu PP-H, PP-B, PE-RT und PEX

Eine Säule mit bewegtem Wasser innerhalb einer Rohrleitung enthält gespeicherte kinetische Energie, die aus der Masse und der Geschwindigkeit entsteht. Da Wasser grundsätzlich inkompressibel ist, kann diese Energie nicht absorbiert werden, wenn ein Ventil plötzlich geschlossen wird.

Das Ergebnis ist ein hoher unmittelbarer Druckanstieg, der normalerweise als „Druckschlag“ bezeichnet wird.

Mit zunehmender Bevölkerungsdichte und gestiegenen Ansprüchen an den Komfort sind Lärmpegel und akustische Eigenschaften von Rohrleitungssystemen ein wichtiges Thema. Rohrleitungssysteme, die Strömungsgeräusche und Druckschläge minimieren, wenn Rohrleitungen durch Decken und Wände führen, sind ein Schlüsselelement, um die Lärmbelästigung der Anwohner zu verringern.

Fünf Faktoren bestimmen den Grad des Druckschlags:

• Geschwindigkeit
• Elastizitätsmodul des Rohrmaterials
• Innendurchmesser des Rohrs
• Wanddicke des Rohrs
• Schließzeit des Ventils

Ein sich wiederholender Druckschlag kann Rohrleitungssysteme beschädigen. Neben dem Geräusch kann es durch einen Druckschlag zu einem Rohrbruch kommen, wenn der Druck hoch genug ist.
 

Der maximale theoretische Wert der Druckstoß-Ps beträgt:

v₀ · a · ρ = p_s

v₀ = Geschwindigkeit des Mediums [m/s]
a = Ausbreitungsgeschwindigkeit der Druckwelle [m/s]
ρ = Dichte des Mediums [kg/m³]
p_s = Druckstoß – Wasserschlag [N/m²]

Die maximalen Druckstöße, die durch den Druckschlag verursacht werden, können mithilfe der folgenden Gleichung berechnet werden, die aus dem „Handbook of Thermoplastic Piping System Design“ von Thomas Sixsmith und Reinhard Hanselka, Marcel Dekker Inc., S. 65–69, stammt.

Ps = V((3960 E t)/(E t + 3 x 105 DI))½
Hierbei gilt:
Ps = Druckstoß (psi)
V = Wassergeschwindigkeit (m/Sek.)
DI = Innendurchmesser des Rohrs (mm)
E = Elastizitätsmodul des Rohrmaterials (psi)
t = Rohrwanddicke (mm)

Der niedrige Elastizitätsmodul von Polybutylen erhöht zusammen mit der verringerten Wanddicke einen niedrigen Druckstoß für einen vorgegebenen Außendurchmesser des Rohrs und für die Druckauslegung. In der untenstehenden Tabelle wird der Druckstoß für Rohre aus verschiedenen Kunststoffmaterialien mit einem Außendurchmesser von 38,1 mm (1 1/2"), die für den gleichen Druckbetrieb entwickelt wurden, verglichen.
 

	E	E	DI	t	V	Ps	Ps
	[psi]	[MPa]	[mm]	[mm]	[ft/s]	[psi]	[bar]
Polybutylen	65.000	450	32,5 (1,28")	3,8 (0,15")	5,0	49,5	3,4
PE-X	87.000	600	28,9 (1,14")	5,6 (0,22")	5,0	72,4	5,0
PP	116.000	800	26,7 (1,05")	6,6 (0,26")	5,0	93,0	6,4
CPVC	507.000	3.500	30,9 (1,22")	4,6 (0,18")	5,0	140,6	9,7

Im Vergleich zu PP-H, PP-B, PE-RT und PEX verfügt Polybutylen über die höchste SDR-Klasse und bietet die besten akustischen Eigenschaften, einschließlich des niedrigsten Druckschlags.
 

Die Quelle für Rohrabmessungen der Fernwärme beim Vergleich von Materialien Polybutylen, PE-RT und PEX

Die aktuelle russische Norm für die Fernwärme (GOST 56730 – 2015) und die niederländische Richtlinie (BRL 5609 – und der Entwurf des überarbeiteten BRL 5609) beinhalten jeweils einen Vergleich von drei Materialien für Fernwärme-Rohrleitungssysteme: Polybutylen, PEX und PE-RT.

Sowohl die russische Norm als auch die niederländische Richtlinie haben hinsichtlich der Rohrabmessungen und der SDR-Klassen der drei Versorgungsrohrmaterialien, die bei Druckhöhen von 6 bar, 8 bar und 10 bar arbeiten, dieselben Anforderungen.

Nach der russischen Norm und der niederländischen Richtlinie ist die Tabelle (rechts) ein Auszug aus der entsprechenden Tabelle, die die SDR-Klassen für die aufgelisteten Materialien bei unterschiedlichen Druckwerten zeigt. Wie angegeben, ist für jeden Betriebsdruck Polybutylen im Vergleich zu PEX oder PE-RT die höchste SDR-Klasse aufgeführt. Im folgenden Abschnitt wird erläutert, was dies bedeutet, warum Normen sich auf Rohrabmessungen und SDR-Klassen beziehen und welche Vorteile das für Rohrsystemspezifizierer hat.

 

Die Druckkapazität von Polybutylen bietet Vorteile gegenüber PEX und PE-RT

Die höhere SDR-Klasse Polybutylen bietet die folgenden Vorteile:
• Dünnerer Wandabschnitt
• Weniger Material (weniger Gewicht)
• Größerer Innendurchmesser und größere Fläche

Um die Leistung von Polybutylen, PE-RT und PEX im Verhältnis zum gegebenen Betriebsdruck von 8 bar bei kleinem Rohrdurchmesser von 50 mm zu veranschaulichen, bieten die Tabelle und das Diagramm im Folgenden einen Vergleich der erforderlichen Innenrohrabmessungen.
 

Beispiel 1: Kleines Rohr – 50 mm Durchmesser bei 8 bar

Polybutylen ist stärker als PE-RT und PEX, und mit einem Betriebsdruck von 8 bar und einem Rohraußendurchmesser von 50 mm sind folgende Wandstärken erforderlich:

Wie oben gezeigt, liefert der größere Innendurchmesser des Rohrs mit einem Polybutylen-Außendurchmesser von 50 mm bei gleichem Wasserdruck eine wesentlich höhere Durchflussrate als die anderen beiden Materialien. Anders ausgedrückt: Bei einer gegebenen Durchflussrate führen Polybutylen-Rohre zu einem geringeren Druckverlust, der weniger Energie für den Betrieb von Systemen und/oder Pumpen mit geringerer Kapazität erfordert.

Wie in den obigen Grafiken und zu Vergleichszwecken gezeigt, kann PE-RT als Benchmark bei 100 % angesehen werden. Beim Vergleich der inneren Querschnittsfläche eines Rohrs mit einem Durchmesser von 50 mm (linkes Diagramm) übertrifft Polybutylen PE-RT mit einem zusätzlichen Volumen von 27 % deutlich. Beim Vergleich der Materialmenge pro Meter für ein Rohr mit einem Durchmesser von 50 mm, das für 8 bar ausgelegt ist (rechtes Diagramm), wird für das Polybutylen-Rohr 29 % weniger Material verbraucht als mit PE-RT.

Auch hier kann PE-PRT zu Vergleichszwecken als Benchmark bei 100 % angesehen werden. Wie aus der obigen Abbildung (links) hervorgeht, liefert ein Polybutylen-Rohr mit 50 mm Außendurchmesser (8 bar) unter Verwendung des gleichen Betriebswasserdrucks eine wesentlich höhere Durchflussrate von +35 % im Vergleich zum identisch ausgelegten PE-RT-Rohr mit dem gleichen Außendurchmesser.

Gemessen mit dem anderen Vergleichspunkt (rechts): Bei einer gegebenen Durchflussrate (Ausgang) bieten Polybutylen-Rohre einen um 44 % geringeren Druckverlust im Vergleich zu PE-RT-Rohren. Das bedeutet, dass Polybutylen-Rohre weniger Energie benötigen, um ein System zu betreiben – oder – Pumpen mit einer geringeren Kapazität bei gleicher Leistung aufnehmen können.
 

Beispiel 2: Kleines Rohr – 160 mm Durchmesser bei 10 bar

Aufgrund einer höheren SDR-Einstufung (und damit eines dünneren Wandabschnitts) bietet ein Polybutylen-Rohr mit einem Durchmesser von 140 mm dieselbe Leistung wie ein PE-RT-Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm, jedoch mit einem kleineren Außendurchmesser und einer größeren Rohrquerschnittsfläche.

Bei einem Betriebsdruck von 10 bar mit einem Rohr mit 160 mm Außendurchmesser:

• PE-RT bei SDR 6
  Das Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm hat eine innere Querschnittsfläche von 8.958 mm²

• PEX bei SDR 7.4
  Das Rohr mit einem Durchmesser von 160 mm hat eine innere Querschnittsfläche von 10.605 mm²

• Polybutylen bei SDR 9
  Das Rohr mit einem kleineren Außendurchmesser von 140 mm hat eine innere Querschnittsfläche von 9.263 mm².

Außerdem beträgt das Gewicht des für 10 bar ausgelegten Polybutylen-Rohrs mit 160 mm Außendurchmesser, wie im Diagramm (rechts) dargestellt, fast die Hälfte des Gewichts für den gleichen Außendurchmesser und das gleiche Bemessungsrohr aus PE-RT.
 

Polybutylen ist ein vielseitiges Material für alle verfügbaren Fügetechniken

Die Spezifikation der Polybutylen-Rohrleitungssysteme bietet:

• Erhebliche Möglichkeiten zur Materialeinsparung bei gleichzeitiger Erhöhung der Systemkapazität
  – dünnere Wände
  – Vergrößerung der verfügbaren Querschnittsfläche innen
• Ein höheres Maß an Designfreiheit für Fernwärmenetze
  – Möglichkeit zur Verwendung kleinerer Außen- und Anschlussrohrdurchmesser
• Eine klare Möglichkeit zur Senkung der integralen Installations- und Betriebskosten
  – kleinere Rohrträgerrahmen
  – Verwendung von weniger Isoliermaterial
  – kleinere Pumpen laufen mit reduziertem Energieverbrauch
  – geringeres Gesamtgewicht für einfachere Handhabung und geringere Versandkosten
• Die Fähigkeit zur Anwendung aller verfügbaren Fügetechniken
• Beste Akustik in dieser Klasse, einschließlich der niedrigsten Stufe eines Druckschlags
• Die Möglichkeit des vollständigen Recyclings

Polybutylen gegenüber PE-RT und PEX

Die Vorteile von Polybutylen für Druckrohrsysteme

• Business Review-Webinare
• Gesponsert von: LyondellBasell
• Datum der Präsentation: 7. März 2019
• Präsentation:
  – Patrick van Beek, Marketing Manager PB-1
  – Werner Rothhöft, Application Development & Technical Service Engineer
• Wichtige Lernziele | Was bedeutet eine höhere SDR-Klasse in der Praxis?
  – Kennenlernen von Polybutylen für den Einsatz in druckbeaufschlagten Warm- und Kaltwasserrohrsystemen
  – Erfahren Sie mehr über die außergewöhnlichen Eigenschaften dieses technisch fortschrittlichsten thermoplastischen Materials
  – Welche Vorteile hat die Verwendung von Polybutylen in Rohrleitungssystemen gegenüber alternativen thermoplastischen Werkstoffen?
  – Möglichkeiten zur Senkung der Betriebskosten während der Lebensdauer eines Rohrleitungssystems

Webinar: Was bedeutet eine höhere SDR-Klasse in der Praxis?

 

Polybutene is often referred to as Polybutene-1, Polybutylene, PB-1 or PB.

Polybutene is not sold by PBPSA members for use in pipe applications intended for use in North America, and those parties require their customers or distributors not to sell products made from Polybutene into pipe applications for North America.